2021年度中国十大科技突破 合肥占四项！

2021年是科技界屡创新高、收获满仓的一年。这一年，科技工作者们步履不停，他们在追寻科学真理的道路上百折不挠，不断刷新着人类所能达到的新高度。量子计算获得重大进展，使我国成为唯一在两个物理体系中实现量子计算优越性的国家；“中国天眼”正式向全世界开放，尽显大国风度；成功实现二氧化碳人工合成淀粉，为人类未来提供了全新的可能……《科技日报》盘点2021年中国科技10项重大突破，安徽4成果入选，其中3项源自中国科学技术大学，1项源自中科院合肥物质科学研究院。

“九章”“祖冲之”上新 在两个物理体系实现量子优越性

研发具有实用价值的量子计算机，一直是量子计算领域最重要的发展目标之一，也是当下各国竞相角逐的焦点。过去一年，我国在量子计算机研发领域取得了多项重大进展。

2月27日，国际权威期刊《科学进展》发表成果，由国防科技大学、军事科学院、中山大学等机构研究人员研发出的一款新型可编程硅基光量子计算芯片，实现了多种图论问题的量子算法求解，有望未来在大数据处理等领域获得应用。

5月7日，《科学》杂志发表中国科学技术大学潘建伟团队研究成果，其成功研制出了量子计算原型机“祖冲之号”，操纵的超导量子比特达到62个，并在此基础上实现了可编程的二维量子行走。该成果为在超导量子系统上实现量子优越性，以及后续研究具有重大实用价值的量子计算奠定了技术基础。

二维超导量子比特芯片示意图, 每个橘色十字代表一个量子比特。图片来源：潘建伟团队

10月底，潘建伟团队进一步研制出了66比特的可编程超导量子计算原型机“祖冲之2.0”，在随机线路采样任务上实现了量子计算优越性，所完成任务的难度较2019年谷歌“悬铃木”高出2—3个数量级。

与此同时，潘建伟团队升级版的“九章2.0”也极大提高了其量子优势，对于高斯玻色采样问题，1年前的“九章”一分钟可以完成的任务，世界上最强大的超级计算机需要花费亿年时间；而“九章2.0”一分钟完成的任务，超级计算机花费的时间要再增加百亿倍。并且“九章2.0”还具有了部分可编程的能力。

“九章2.0”和“祖冲之2.0”的出现，使我国成为唯一在两个物理体系中实现量子计算优越性的国家。

光存储时间达1小时 向量子U盘迈出重要一步

4月，中国科学技术大学郭光灿团队李传锋、周宗权研究组将光存储时间提升至1小时，大幅刷新2013年德国团队所创造的光存储1分钟的世界纪录，向实现量子U盘迈出重要一步。该成果于4月下旬发表于权威学术期刊《自然·通讯》。

资料图。图片来源：pixabay

光已成为现代信息传输的基本载体。光速高达每秒30万公里，“降低”光速乃至让光“停留”下来，是国际学术界一直不懈奋斗的目标。光的存储在量子通信领域尤其重要，通过将光子储存在超长寿命的量子存储器即量子U盘中，实现通过直接运输量子U盘的方式来传输量子信息。而考虑到飞机和高铁等交通工具的速度，量子U盘的光存储时间至少需达到小时量级。

李传锋、周宗权研究组2015年便自制光学拉曼外差探测核磁共振谱仪，依托该仪器，其精确刻画了掺铕硅酸钇晶体光学跃迁的完整哈密顿量，并在理论上预测了一阶塞曼效应为零（ZEFOZ）磁场下的能级结构。

未来，依靠更加成熟的量子U盘，人类有望实现基于经典交通运输工具的量子信息传输，从而建立起一种全新的量子信道。

“人造太阳”刷新世界纪录 实现可重复1.2亿℃燃烧101秒

5月28日，中国科学院合肥物质科学研究院传来喜讯，有“人造太阳”之称的全超导托卡马克核聚变实验装置（EAST）取得新突破，成功实现可重复的1.2亿摄氏度101秒和1.6亿摄氏度20秒等离子体运行，创造托卡马克实验装置运行新的世界纪录，向核聚变能源应用迈出重要一步。

“人造太阳”实现可重复的1.2亿摄氏度101秒和1.6亿摄氏度20秒等离子体运行。新华社记者 周牧 摄

地球万物生长所依赖的光和热，都源于太阳核聚变反应后释放的能量。而支撑这种聚变反应的燃料氘，在地球上的储量极其丰富，足够人类利用上百亿年。如果能够利用氘制造一个“人造太阳”来发电，人类则有望彻底实现能源自由。

但制造“人造太阳”面临一个突出的现实问题：用什么容器来承载核聚变？人工控制条件下等离子体的离子温度需达到1亿℃以上。而目前地球上最耐高温的金属材料钨的熔化温度是3000多℃。这意味着，需要造出一个同时承载大电流、强磁场、超高温、超低温、高真空、高绝缘等复杂环境的装置，这对工艺设计和材料提出了极高的要求。

为了达到聚变实验装置所要求的条件，EAST团队的科学工作者自主创新，自主设计、研发了大部分具有自主知识产权的关键技术，创造性地完成了EAST装置主机的总体工程设计。世界上新一代全超导托卡马克核聚变实验装置在中国率先建成并正式投入运行，为未来清洁能源的利用和发展提供实验研究平台。

证明凯勒几何核心猜想 解开数学界60多年“悬案”

11月初，中国科学技术大学几何物理中心创始主任陈秀雄教授与合作者程经睿在偏微分方程和复几何领域取得里程碑式结果，其解出了一个四阶完全非线性椭圆方程，成功证明强制性猜想和测地稳定性猜想这两个国际数学界60多年悬而未决的核心猜想，解决了若干有关凯勒流形上常标量曲率度量和卡拉比极值度量的著名问题。两篇论文发表于国际著名刊物《美国数学会杂志》。

几何物理中心创始主任陈秀雄教授（中）与程经睿（左）在一起。安徽网 陶冬青 摄

凯勒流形上常标量曲率度量的存在性，是过去60多年来几何中的核心问题之一。关于其存在性，有三个著名猜想——稳定性猜想、强制性猜想和测地稳定性猜想。经过近20年来众多著名数学家的工作，强制性猜想和测地稳定性猜想中的必要性已变得完全清晰，但其充分性的证明在此之前被认为遥不可及。

求出一类四阶完全非线性椭圆方程的解，就能证明常标量曲率度量的存在性。陈秀雄、程经睿的工作恰恰就是在K-能量强制性或测地稳定性的假设下，证明了这类方程解的存在。他们不仅求出了方程的解，而且建立了一套系统研究此类方程的方法，为探索未知的数学世界提供了一种新工具。此外，他们还给出了环对称凯勒流形上稳定性猜想的证明，将唐纳森在环对称凯勒曲面上的经典定理推广到了高维，并对一般稳定性猜想的证明提出可能的解决方案，让一般稳定性猜想的完全解决成为可能。