集微網(wǎng)消息，2月29日，國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)發(fā)布了2023年度“中國(guó)科學(xué)十大進(jìn)展”。2023年度“中國(guó)科學(xué)十大進(jìn)展”主要分布在生命科學(xué)和醫(yī)學(xué)、人工智能、量子、天文、化學(xué)能源等科學(xué)領(lǐng)域。

2023年度“中國(guó)科學(xué)十大進(jìn)展”分別為：

人工智能大模型為精準(zhǔn)天氣預(yù)報(bào)帶來(lái)新突破

揭示人類基因組暗物質(zhì)驅(qū)動(dòng)衰老的機(jī)制

發(fā)現(xiàn)大腦“有形”生物鐘的存在及其節(jié)律調(diào)控機(jī)制

農(nóng)作物耐鹽堿機(jī)制解析及應(yīng)用

新方法實(shí)現(xiàn)單堿基到超大片段DNA精準(zhǔn)操縱

揭示人類細(xì)胞DNA復(fù)制起始新機(jī)制

“拉索”發(fā)現(xiàn)史上最亮伽馬暴的極窄噴流和十萬(wàn)億電子伏特光子

玻色編碼糾錯(cuò)延長(zhǎng)量子比特壽命

揭示光感受調(diào)節(jié)血糖代謝機(jī)制

發(fā)現(xiàn)鋰硫電池界面電荷存儲(chǔ)聚集反應(yīng)新機(jī)制

人工智能大模型為精準(zhǔn)天氣預(yù)報(bào)帶來(lái)新突破

天氣預(yù)報(bào)是國(guó)家重大戰(zhàn)略需求，也是國(guó)際科學(xué)前沿問題。華為云計(jì)算技術(shù)有限公司田奇團(tuán)隊(duì)在天氣預(yù)報(bào)領(lǐng)域取得了新突破。基于人工智能方法，他們構(gòu)建了一個(gè)三維深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，稱為盤古氣象大模型。

其主要技術(shù)貢獻(xiàn)有三點(diǎn)。一是采用了三維神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，更好地建模復(fù)雜的氣象過程。二是采用地球位置編碼技術(shù)，提升訓(xùn)練過程的精度和效率。三是訓(xùn)練具有不同預(yù)測(cè)時(shí)效的多個(gè)模型，減少迭代誤差、節(jié)約推理時(shí)間。

盤古氣象大模型在某些氣象要素的預(yù)報(bào)精度上超越了傳統(tǒng)數(shù)值方法，且推理效率提高了上萬(wàn)倍。在全球高分辨率再分析數(shù)據(jù)上，盤古氣象大模型在溫度、氣壓、濕度、風(fēng)速等重要天氣要素上，都取得了更準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)結(jié)果，將全球最先進(jìn)的歐洲氣象中心集成預(yù)報(bào)系統(tǒng)的預(yù)報(bào)時(shí)效提高了0.6天左右。

盤古氣象大模型也可用于極端天氣預(yù)報(bào)。在2023年汛期，盤古氣象大模型成功預(yù)測(cè)了瑪娃、泰利、杜蘇芮、蘇拉等影響我國(guó)的強(qiáng)臺(tái)風(fēng)路徑。

玻色編碼糾錯(cuò)延長(zhǎng)量子比特壽命

理論上，量子計(jì)算機(jī)具有超越經(jīng)典計(jì)算機(jī)的算力，但受噪聲干擾后容易出現(xiàn)量子退相干，導(dǎo)致錯(cuò)誤率比經(jīng)典計(jì)算機(jī)至少高十多個(gè)量級(jí)。

量子糾錯(cuò)是解決該問題的重要途徑，通過量子編碼使得一個(gè)被保護(hù)的邏輯量子比特的相干壽命，超過量子電路中最好的物理比特的相干壽命。此時(shí)，意味著糾錯(cuò)過程超越了量子糾纏的盈虧平衡點(diǎn)，這是構(gòu)建邏輯量子比特的必要條件。

但量子態(tài)具有不可克隆性，量子計(jì)算機(jī)無(wú)法通過備份來(lái)糾正錯(cuò)誤，量子糾錯(cuò)過程會(huì)引入新的錯(cuò)誤，造成誤差累積，甚至出現(xiàn)越糾越錯(cuò)的局面。

南方科技大學(xué)和深圳國(guó)際量子研究院的俞大鵬院士與徐源研究團(tuán)隊(duì)，聯(lián)合福州大學(xué)鄭仕標(biāo)、清華大學(xué)孫麓巖等團(tuán)隊(duì)依據(jù)玻色編碼量子糾錯(cuò)方案，開發(fā)了基于頻率梳控制的低錯(cuò)誤率宇稱探測(cè)技術(shù)，大幅延長(zhǎng)邏輯量子比特的相干壽命，超盈虧平衡點(diǎn)達(dá)16%，實(shí)現(xiàn)了量子糾錯(cuò)增益。該成果是通往容錯(cuò)量子計(jì)算道路上的一項(xiàng)重要成果。

發(fā)現(xiàn)鋰硫電池界面電荷存儲(chǔ)聚集反應(yīng)新機(jī)制

鋰硫電池具有極高的能量密度和較低的成本，然而，鋰硫電池的廣泛應(yīng)用還未能實(shí)現(xiàn)。因?yàn)樗诔浞烹娺^程中，電池性能會(huì)快速下降。受限于傳統(tǒng)原位顯微研究技術(shù)的時(shí)空分辨率低及鋰硫體系不穩(wěn)定等因素，人們對(duì)其內(nèi)部發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)過程尚不清楚，無(wú)法針對(duì)性解決問題。

廈門大學(xué)廖洪鋼、孫世剛和北京化工大學(xué)陳建峰等開發(fā)高分辨電化學(xué)原位透射電鏡技術(shù)，耦合真實(shí)電解液環(huán)境和外加電場(chǎng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)鋰硫電池界面反應(yīng)原子尺度動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)觀測(cè)和研究。

近百年來(lái)，電化學(xué)界面反應(yīng)通常被認(rèn)為僅存在“內(nèi)球反應(yīng)”和“外球反應(yīng)”單分子途徑。該研究揭示出電化學(xué)界面反應(yīng)存在第三種“電荷存儲(chǔ)聚集反應(yīng)”機(jī)制，加深了對(duì)多硫化物演變及其對(duì)電池表界面反應(yīng)動(dòng)力學(xué)影響的認(rèn)識(shí)，為下一代鋰硫電池設(shè)計(jì)提供指導(dǎo)。

  2024年2月29日，國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)發(fā)布了2023年度“中國(guó)科學(xué)十大進(jìn)展”，分別為：人工智能大模型為精準(zhǔn)天氣預(yù)報(bào)帶來(lái)新突破、揭示人類基因組暗物質(zhì)驅(qū)動(dòng)衰老的機(jī)制、發(fā)現(xiàn)大腦“有形”生物鐘的存在及其節(jié)律調(diào)控機(jī)制、農(nóng)作物耐鹽堿機(jī)制解析及應(yīng)用、新方法實(shí)現(xiàn)單堿基到超大片段DNA精準(zhǔn)操縱、揭示人類細(xì)胞DNA復(fù)制起始新機(jī)制、“拉索”發(fā)現(xiàn)史上最亮伽馬暴的極窄噴流和十萬(wàn)億電子伏特光子、玻色編碼糾錯(cuò)延長(zhǎng)量子比特壽命、揭示光感受調(diào)節(jié)血糖代謝機(jī)制、發(fā)現(xiàn)鋰硫電池界面電荷存儲(chǔ)聚集反應(yīng)新機(jī)制。2023年度“中國(guó)科學(xué)十大進(jìn)展”主要分布在生命科學(xué)和醫(yī)學(xué)、人工智能、量子、天文、化學(xué)能源等科學(xué)領(lǐng)域。

  “中國(guó)科學(xué)十大進(jìn)展”遴選活動(dòng)旨在深入貫徹習(xí)近平總書記關(guān)于科技創(chuàng)新的重要論述，落實(shí)黨中央國(guó)務(wù)院關(guān)于基礎(chǔ)研究重大決策部署，堅(jiān)持“四個(gè)面向”，堅(jiān)持目標(biāo)導(dǎo)向和自由探索“兩條腿”走路，宣傳我國(guó)基礎(chǔ)研究重大進(jìn)展，弘揚(yáng)科學(xué)家精神，激勵(lì)廣大科技工作者的科學(xué)熱情，開展科學(xué)普及，提升全民科學(xué)素養(yǎng)，為推動(dòng)我國(guó)基礎(chǔ)研究高質(zhì)量發(fā)展，加快實(shí)現(xiàn)高水平科技自立自強(qiáng)夯實(shí)根基。

  “中國(guó)科學(xué)十大進(jìn)展”遴選活動(dòng)自2005年啟動(dòng)已成功舉辦19屆。本次活動(dòng)由國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)主辦，國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)高技術(shù)研究發(fā)展中心（基礎(chǔ)研究管理中心）和科學(xué)傳播與成果轉(zhuǎn)化中心承辦，《中國(guó)基礎(chǔ)科學(xué)》《科技導(dǎo)報(bào)》《中國(guó)科學(xué)院院刊》《中國(guó)科學(xué)基金》《科學(xué)通報(bào)》協(xié)辦，分為推薦、初選、終選、審議4個(gè)環(huán)節(jié)。《中國(guó)基礎(chǔ)科學(xué)》等推薦了2022年12月1日至2023年11月30日期間正式發(fā)表的600多項(xiàng)科學(xué)研究成果，由近100位相關(guān)學(xué)科領(lǐng)域?qū)＜覐闹绣噙x出30項(xiàng)成果，在此基礎(chǔ)上邀請(qǐng)了包括中國(guó)科學(xué)院院士、中國(guó)工程院院士在內(nèi)的2100多位基礎(chǔ)研究領(lǐng)域高水平專家對(duì)30項(xiàng)成果進(jìn)行投票，評(píng)選出10項(xiàng)重大科學(xué)研究成果，經(jīng)國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)咨詢委員會(huì)審議，最終確定了入選2023年度“中國(guó)科學(xué)十大進(jìn)展”的成果名單。

·  2022年度中國(guó)科學(xué)十大進(jìn)展發(fā)布

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