歲月不活，季節流逝。 轉眼間，2024年已經落下帷幕。 這一年，留給我們太多值得銘記的精彩瞬間：中國科學家成功製備並驗證了51個超導量子位元的真實糾纏，充分展示了超導量子計算系統出色的可擴充套件性; 墨子巡天望遠鏡開啟巡天觀測，“登場”邂逅仙女座星系; 全球首例非人靈長類動物介入腦機介面試驗圓滿完成，腦機介面的未來已來......
回首過去，中國科研人員勇攀高峰，創造新紀錄。 展望未來，他們將從那些追逐前沿、崇尚創新的人那裡獲得更多的驚喜！
實現 100 兆位元率量子金鑰分發。
位元率的國際記錄增加了乙個數量級。
基於量子力學的基本原理，量子金鑰分發原則上可以實現無條件安全、安全的保密通訊。 通過高保真整合光子學量子態控制、高計數率超導單光子探測等關鍵技術的發展，中國科學家在世界上首次實現了100兆位元的實時量子金鑰分發，實驗結果比此前的位元率記錄提高了乙個數量級。 3月14日，該研究結果發表在國際學術期刊《自然光子學》（Nature Photonics）上。
量子金鑰分發可以通俗地理解為在網路中增加乙個額外的環節，雙方在傳輸資訊之前通過密碼驗證以確保安全性。 提高位元率對於量子金鑰分發的實際應用至關重要。 高位元速率可以為更多使用者提供服務，實現大資料共享、分布式儲存加密等對頻寬要求較高的應用。
此前，世界上最高的實時位元率是在10公里標準光纖通道下的每秒10兆位元。 中國科學家在整合光子片上高速高保真偏振態調製等技術方面取得突破，實現了10公里標準光纖通道下的115個每秒 8 兆位元的關鍵速率比之前的記錄高出大約乙個數量級。 系統已穩定執行50多個小時，傳輸距離328公里，位元速率超過200位元/秒。
實現100兆位元率的實時金鑰分發，將有可能在資料安全要求較高的領域創造新的機遇，促進高頻寬通訊和未來量子通訊的大規模實際應用，使量子金鑰分發技術成為現實。
介紹了室溫超快氫陰離子導體。
可用於新型電池的研發。
今年4月，中國科學家提出了一種新的材料設計開發策略，通過機械化學方法，在稀土氫化物-氫化鑭晶格中故意製造了大量的缺陷和奈米晶，並研製出第乙個室溫超快氫陰離子導體。 相關研究 ** 4月5日發表在《自然》雜誌上。
氫陰離子具有還原性強、氧化還原電位高等特點，是一種很有前途的氫載體和能量載體。 在室溫下表現出超離子傳導的氫陰離子導體材料將為新型全固態氫化物電池和燃料電池的構建提供巨大機遇，並有望在未來實現一系列技術創新。
早在20世紀，在變色玻璃的研究中，研究人員就發現氫化鑭具有快速的氫遷移能力，但其電子電導率也很高。 近年來，研究人員將氧氣引入氫化鑭晶格中，形成氫氧化物以抑制其電子傳導，但氧氣的引入也顯著阻礙了氫陰離子的傳導。 先前報道的氫陰離子導體只能在300左右實現超快傳導，而中國科學家的創新工作在溫和的條件下（溫度範圍為-40至80）實現了超快離子傳導。 此外，研究人員還首次實現了室溫全固態氫陰離子電池的放電，證實了這種新型二次電池的可行性。
研究人員建立的材料結構調製方法具有一定的普適性，有望為氫陰離子導體的研究與開發開闢局面。 《自然》雜誌的審稿人評論說，這項工作展示了一種非常有趣和新穎的研究方法。
非人靈長類動物的干預試驗取得了成功。
促進腦機介面從實驗室到應用的移動。
腦機介面的未來就在這裡，人類與人工智慧的共生不再遙遠。 5月4日，全球首例非人靈長類動物介入腦機介面試驗在北京成功開展，實現了猴腦介入腦機介面腦控機械臂。 介入腦電感測器穿過頸靜脈，進入矢狀竇，到達猴運動皮層的大腦區域，成功採集並識別術後非人靈長類動物的介入腦電訊號。 該實驗使動物能夠主動控制機械臂。
腦機介面**是一種變革性的人機互動技術，它繞過周圍神經和肌肉，直接在大腦和外部裝置之間建立新的通訊和控制通道。 它具有監測、替換和改善受損或受損的天然中樞神經系統輸出輸入的恢復的作用。
目前，大部分腦機介面研究處於基礎研究階段，並已取得部分臨床成果。 2024年，美國研究人員完成了全球首個雙側植入式腦機介面人體試驗，其中一名癱瘓了30年的受試者通過腦電訊號成功操縱機器，自主送蛋糕和進食。 在中國，上海瑞金醫院自2024年以來一直使用腦機介面和深部腦電刺激方法治療難治性抑鬱症。
在非人靈長類動物大腦中開展的介入性腦機介面實驗的研究成果，推動了介入性腦機介面從實驗室前瞻性研究走向臨床應用，對推動腦科學領域的研究具有重要意義，標誌著我國腦機介面技術躋身世界領先行列。 未來，該技術在腦病醫療領域將具有廣闊的市場前景。
其他山峰的“猴子”幫助解開了人類進化的難題。
更好地理解是什麼讓乙個人成為人類
人類是如何起源的？ 社會行為是如何形成的？ 聰明的大腦是如何進化的......在解決關於人類的重要謎題時，科學家們轉向了非人類靈長類動物，即人類的親戚。 6月2日，11篇關於非人靈長類動物起源與進化的文章發表在《科學》、《科學進展》、《自然生態學》和《演化論》等國際期刊上，讓人類離解開生命進化之謎更近了一步。
這11篇文章與中國科學家主導的靈長類基因組計畫密不可分。 靈長類動物基因組計畫是由中國科學家發起的。 目前，該研究已取得多項成果和新發現，包括推論所有靈長類動物的最近共同祖先出現在約6829萬至6495萬年前，非常接近6550萬年前的白堊紀晚期大滅絕事件，這意味著“靈長類動物的進化可能受到大規模滅絕事件的影響”; 揭示了靈長類動物前肢形態發生和類人猿尾部消失的分子機制。 重新詮釋人類8號染色體起源的問題......
靈長類動物基因組計畫的重大科學突破，將使我們能夠更好地了解從早期靈長類動物到現代人類的整個進化過程，從而制定保護靈長類動物多樣性的政策，開發利用遺傳資源。
打破量子系統中真正糾纏位元數的記錄。
共製備了51個超導量子位元。
在今年的熱播科幻電影《流浪地球2》中，智慧型量子計算機MOSS給觀眾留下了深刻的印象。 7月，來自中國科學技術大學等單位的科研人員成功實現了51個超導量子位元團簇態的製備和驗證，創下了所有量子系統中真正糾纏位元數的新世界紀錄，讓科幻希望照進現實。 該研究於7月12日發表在《自然》雜誌上。
超導量子計算被廣泛認為是最有可能率先實現實用量子計算的解決方案之一。 量子位元是量子計算的基本單元，與非“0”或“1”的經典位元不同，它們可以同時處於“0”和“1”疊加態，即“量子相干疊加態”。 當人們將量子疊加擴充套件到多量子位元系統時，自然而然地導致了量子糾纏的概念。 一旦多個量子位元相干疊加，它們所代表的狀態空間將隨著量子位元數量的增加呈指數級增長，從而實現量子計算加速效果。
多年來，實現大規模多量子位元糾纏一直是世界各國科學家一直在努力的目標。 中國科學家在製備超導量子位元多體糾纏方面取得了一系列重要成果，自2024年以來，他們陸續完成了10位、12位和18位真糾纏態的製備。
該研究顯著打破了量子系統中真正糾纏位元數從24個到51個的記錄，充分證明了超導量子計算系統優異的可擴充套件性。 這對於多體量子糾纏的研究、大規模量子演算法的實現以及基於測量的量子計算具有重要意義。
大規模的多量子位元糾纏將幫助我們更深入地了解量子世界的奧秘。 未來，在量子資訊時代，糾纏將作為一種獨特的資源，為人類社會帶來更安全的通訊、更快的計算和更精確的測量
侏羅紀陸生動物群“現身”福建。
構成了鳥類起源的時空鏈。
據9月6日發表在《自然》雜誌上的文章報道，經過近三年的野外挖掘，中國科學院古脊椎動物與古人類研究所等單位的研究人員在福建省發現了一種新的陸生生物群——鄭和動物群。 該生物群是迄今為止已知的侏羅紀最南端的鳥類動物群，其歷史可追溯到1世紀至今48 億年—15億年，侏羅紀末期。
目前，學術界將“包括所有鳥類但不包括恐龍的最廣泛的分類群”定義為鳥類，而鳥類則是指現代鳥類及其近親。 鳥類與非鳥類獸腳類恐龍分道揚鑣，至少在晚侏羅世是這樣。 因此，侏羅紀鳥類對於研究鳥類生物學性狀的起源、關鍵形態和進化至關重要。
已知的侏羅紀鳥翅目僅分布在鳥龍及其同類附近，物種數量稀少，地理分布單一，多分布於東北地區159億年前的燕遼生物群。 這與白堊紀早期出現的大量鳥類相差3000萬年。
2024年以來，中國科學院古脊椎動物與古人類研究所和福建省地質調查院聯合在福建省多個晚中生代盆地開展大規模野外發掘。 2024年10月23日，研究團隊在鄭和晚侏羅世地層中發現了一塊近乎完整的恐龍化石。 經過8個月的修復和研究，研究團隊確認該化石屬於鳥翅類，並將其命名為奇閩龍，這是福建省發現的第一塊恐龍化石。
研究發現，奇異閩龍與近鳥龍形成單系群，是鳥翅目最早的分支。 異域閩龍的發現增加了原始鳥類翅膀的生態多樣性，增強了對鳥類起源之初生態習演化的認識。
中期人類腎臟在豬體內“生長”。
推動解決供體器官嚴重短缺問題。
9月7日，中科院廣州生物醫藥與健康研究院研究團隊在國際學術期刊《細胞幹細胞**》上發表封面文章，報道了利用胚胎代償技術成功重建豬人中腎的策略。
器官移植已成為許多終末期疾病的唯一有效手段，但供體器官的嚴重缺乏限制了該病的廣泛臨床應用。 基於幹細胞的器官異種體內再生將是未來解決這一問題的理想途徑。
在這項研究中，研究人員利用一種新型的人類誘導多能幹細胞，結合優化的胚胎代償技術體系，在腎缺陷豬模型中實現了人源化中腎的異種再生。 這是國際上報道的首例人源化功能器官異種再生病例。
據研究人員介紹，通過該途徑獲得的人源化器官不僅具有更全面的細胞型別和更完整的器官結構和功能，而且可以有效避免異種器官或同種異體器官移植中由於供體細胞比患者自身更多而產生免疫排斥的問題。
研究團隊進行了5年多的探索，全面優化了人豬胚胎補償技術體系，最終確定了理想的胚胎補償技術工藝，成功實現了人源化中腎的異種體內再生。 這一成果首次證明了基於幹細胞和胚胎補償技術在異種大型動物中重建人源化功能實質器官的可行性，是利用器官缺陷大型動物模型進行器官異種再生的關鍵第一步，對解決供體器官嚴重短缺問題具有重要意義。
墨子巡天望遠鏡開放觀測。
首次亮相“與仙女座星系的相遇。
夢幻般的藍紫色塵埃雲散發出柔和的朦朧光芒，乙個“新鮮”的仙女座星系**。 它是由墨子巡天望遠鏡的 150 疊，每疊 30 秒合成而成。 9月17日，中國科學技術大學紫金山天文台大視場巡天望遠鏡——墨子巡天望遠鏡在青海冷湖天文基地正式開啟巡天觀測。 它與距離地球約250萬光年的仙女座星系的“首次亮相”相遇。
仙女座星系是距離銀河系最近和最大的螺旋星系。 其結構特徵和金屬性與銀河系相似，是探索銀河系和類似星系形成和演化的理想研究物件。 墨子巡天望遠鏡拍攝的照片揭示了仙女座星系及其周圍天體從明亮到微弱的星光分布，可用於詳細描繪星系內和星系間相互作用的動力學。
墨子巡天望遠鏡位於青海省海西蒙藏自治州芒崖市冷湖鎮賽世騰山，是北半球最強大的光學時域巡天裝置，也是冷湖天文基地望遠鏡群中口徑最大的望遠鏡。 它具有每 3 個晚上測量一次整個北天球的強大能力。 它可以監測運動和光變天體，對天文動態事件進行高效搜尋和監測，有望在高能時域天文學、太陽系天體巡天、星系結構和近場宇宙學等領域實現突破性原創創新。
望天望仙，腳步不停。 未來，墨子巡天望遠鏡將揭開宇宙深處的更多秘密。
高比例的胚胎幹細胞嵌合猴出生。
非人靈長類動物疾病模型取得新突破。
培育出第一只體細胞轉殖猴的科研團隊，再次迎來了新的突破。
經過5年的研究，由中國科學院腦科學與智慧型技術卓越中心牽頭的聯合團隊在世界上首次成功構建了胚胎幹細胞比例高的存活嵌合猴。 研究結果於11月9日發表在國際期刊《細胞》上。
中國科學院腦科學與智慧型技術卓越研究中心學術主任蒲沐明院士評論說，這一成果對於生物醫學研究的重要性不亞於猴子轉殖技術，是構建非人靈長類疾病模型的里程碑式成就。
胚胎幹細胞是生命發育早期的“種子”細胞，不僅可以在體外實現無限複製，還可以在不斷變化的培養條件下被誘導分化成不同組織的細胞。 在模型動物構建、細胞**、器官再生、類器官模型等中發揮著重要作用。
此前，嵌合體已在小鼠和大鼠中成功構建。 然而，經典的人和猴胚胎幹細胞不易形成嵌合體，靈長類胚胎幹細胞需要比小鼠更複雜的培養條件。 現在，這種具有高比例胚胎幹細胞的嵌合猴子的誕生，使問題有了更清晰的畫面。
學術界同行認為，這項研究將為非人靈長類動物的基礎研究和基因改造模型的生成開闢新的途徑。 嵌合猴技術的使用有望產生沒有個體差異的患病猴子批次。 這意味著，對於由單基因突變引起的疾病，如ALS，人們可以使用疾病模型猴子來更好地干預和開發新藥。
精確測量歷史上最亮的“宇宙烟花”
對伽馬風暴的餘暉有新的認識。
11月，基於高空宇宙射線天文台“套索”的觀測資料，中國研究人員準確測量了歷史上最亮的伽馬暴GRB 221009a的高能輻射光譜。 他們發現，高能伽馬光子的強度並沒有像預測的那樣迅速減弱，而是保持在較高水平。 該研究於11月16日發表在《科學進展》上。
大約20億年前，一顆恆星在燃燒自身燃料後即將“熄滅”，它的坍塌瞬間形成了乙個巨大的火球。 耀眼的“火光”持續了數百秒，猶如一朵巨大的宇宙烟花。 位於四川省稻城縣海子山的“套索”見證了這場燦爛的“宇宙烟花”——GRB 221009A。
科學家推測，這種明亮的伽馬暴席捲地球的概率是一萬年一遇。 人類非常幸運，因為GRB 221009a正好落在Lasso的最佳觀測範圍內。 2022 年 10 月 9 日，Lasso 記錄了 GRB 221009A 產生的伽馬光子，最大能量超過 10 萬億電子伏特。
從理論上講，高能伽馬輻射的光子能量越高，其輻射強度衰減得越快。 然而，Lasso對GRB 221009A輻射光譜的精確測量表明，伽馬暴輻射不會迅速衰減，而是一直延伸到13萬億電子伏特。 這一發現挑戰了傳統的伽馬暴餘輝標準模型，也揭示了紅外波段宇宙背景光的強度低於預期，為新的物理探索開啟了大門。
對於宇宙背景光對高能伽馬光子的吸收低於理論預期的現象，研究人員提出了兩種可能的解釋：在目前的粒子物理學標準模型之外可能存在一些新的物理機制，或者在標準模型之外可能存在新的粒子軸突。 無論如何，拉索對歷史上最亮的“宇宙烟花”的觀測，將促使人們重新思考宇宙中星系的形成和演化。