2021年中國(guó)十大科技都有哪些重要性的突破

2021年，是中國(guó)共產(chǎn)黨建黨100年，也是“十四五”開局之年?；厥字袊?guó)百年征程，科技為中國(guó)插上了騰飛的翅膀。

連特斯拉CEO馬斯克也不禁贊嘆：“中國(guó)取得的經(jīng)濟(jì)繁榮確實(shí)令人贊嘆，尤其是在基礎(chǔ)設(shè)施方面！我鼓勵(lì)大家都親自去看看?！?/p>

據(jù)統(tǒng)計(jì)，中國(guó)科技進(jìn)步對(duì)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的貢獻(xiàn)率達(dá)到60%。毫無(wú)疑問(wèn)，重大科技創(chuàng)新成果是國(guó)之重器、國(guó)之利器，關(guān)系我國(guó)發(fā)展全局。

而令人自豪的是，2021年僅過(guò)半，中國(guó)已經(jīng)在多個(gè)科技領(lǐng)域取得不少重大突破。

一

神舟十二號(hào)載人飛船發(fā)射成功！

2021年6月17日，神舟十二號(hào)載人航天飛船成功發(fā)射，并與天和核心艙成功完成對(duì)接。

這意味著中國(guó)的載人航天項(xiàng)目正式邁入三步走的最后階段“實(shí)現(xiàn)太空長(zhǎng)期駐守”。更重要的是，中國(guó)的載人航天飛船也終于脫離試驗(yàn)階段，開始實(shí)現(xiàn)太空往返常態(tài)化。

中國(guó)正式進(jìn)入太空站時(shí)代！

20年前，美國(guó)拒絕中國(guó)參與國(guó)際空間站；20年后，中國(guó)建成了自己的空間站。

作為天宮的主人，中國(guó)可以接納十幾個(gè)國(guó)家的合作申請(qǐng)，但是，對(duì)于美國(guó)，中國(guó)直接說(shuō)“NO”!

二

中國(guó)28nm和14nm的芯片預(yù)計(jì)會(huì)在今明兩年開始量產(chǎn)

前幾天，中國(guó)電子信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究院電子信息研究所所長(zhǎng)溫曉君接受采訪時(shí)表示，我國(guó)28nm和14nm的芯片，預(yù)計(jì)會(huì)在今明兩年開始量產(chǎn)。

據(jù)悉，14nm芯片的發(fā)展攻克了許多技術(shù)難題，整個(gè)從設(shè)計(jì)、制造、封裝一條龍都能搞下來(lái)，然后有望在2022年實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。

國(guó)產(chǎn)芯片正在蓬勃向上，有中芯國(guó)際參與先進(jìn)芯片的研發(fā)，還有紫光展銳的芯片設(shè)計(jì)，再加上上海微電子也即將交付28nm光刻機(jī)，在今年或者明年實(shí)現(xiàn)成熟工藝芯片的量產(chǎn)，相信不是什么大問(wèn)題。

如果今明兩年28nm和14nm都能實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，我們?cè)倩ㄒ粌赡陼r(shí)間就能通過(guò)快速擴(kuò)大產(chǎn)能來(lái)滿足我們的市場(chǎng)需求，中國(guó)離打破海外的壟斷也就不再遙遠(yuǎn)。

三

中國(guó)科學(xué)家在磁性芯片高精度檢測(cè)領(lǐng)域取得新突破

磁性芯片生產(chǎn)過(guò)程中的磁性薄膜檢測(cè)這一關(guān)鍵技術(shù)，屬于我國(guó)長(zhǎng)期被“卡脖子”的技術(shù)。

磁性芯片生產(chǎn)過(guò)程中，需將納米磁性薄膜均勻鋪在晶圓（制作硅半導(dǎo)體集成電路所用的襯底）上。確保所有晶圓完全“躺平”有多難？——相當(dāng)于在北京的海淀區(qū)地面上均勻鋪滿5層厚的小米粒，且須完全平整，因此，檢測(cè)薄膜的平整度尤為關(guān)鍵。

6月24日，北航集成電路學(xué)院科研人員利用其研發(fā)的晶圓級(jí)磁光克爾測(cè)試儀，通過(guò)微小的磁性針尖在在5個(gè)原子層厚的納米磁性薄膜上寫下“100年，中國(guó)‘芯'”，慶祝中國(guó)共產(chǎn)黨建黨100年。

北航集成電路學(xué)院科研團(tuán)隊(duì)研發(fā)的晶圓級(jí)磁光克爾測(cè)試儀，對(duì)比國(guó)外同類設(shè)備，這臺(tái)儀器在測(cè)試精度和速度等方面進(jìn)行了技術(shù)革新，實(shí)現(xiàn)了自主創(chuàng)新突破。

據(jù)了解，該儀器現(xiàn)已應(yīng)用于科研領(lǐng)域，且預(yù)計(jì)于今年10月在產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域投入商用。

四

中國(guó)核聚變研究獲得重大突破

2021年5月，中國(guó)的“人造太陽(yáng)”，在1.2億攝氏度下，成功“燃燒”101秒！這標(biāo)志著我國(guó)核聚變研究又獲得重大突破，也為人類獲得可控核聚變能源，奠定了商用的物理和工程基礎(chǔ)。

什么是核聚變？當(dāng)兩個(gè)輕原子融合為一個(gè)重原子時(shí)，反應(yīng)的過(guò)程會(huì)產(chǎn)生一點(diǎn)點(diǎn)的質(zhì)量虧損，而這損失的一點(diǎn)點(diǎn)物質(zhì)會(huì)變成巨大的能量釋放出來(lái)，這就是核聚變。

氫彈，運(yùn)用的就是核聚變技術(shù)。

但要產(chǎn)生核聚變，得在高溫高壓的環(huán)境下，比如，在太陽(yáng)中心，氫可以在1500萬(wàn)度K的高溫和2000億個(gè)大氣壓的高壓下聚變成氦。而在地球上沒(méi)有那么高的壓強(qiáng)，要發(fā)生聚變，溫度就需要達(dá)到上億度。因此，在地球上實(shí)現(xiàn)核聚變是非常難的。

而中國(guó)的“人造太陽(yáng)”，恰恰就把可控核聚變，做到了1億度高溫，還堅(jiān)持了101秒。要知道，最開始時(shí)，人類只能做過(guò)50毫秒。

五

中國(guó)將光的存儲(chǔ)時(shí)間提升至1小時(shí)！

2021年4月，我國(guó)科學(xué)家在光量子存儲(chǔ)領(lǐng)域取得重要突破，將光的存儲(chǔ)時(shí)間提升至1小時(shí)，大幅刷新了2013年德國(guó)團(tuán)隊(duì)光存儲(chǔ)1分鐘的世界紀(jì)錄，向?qū)崿F(xiàn)量子存儲(chǔ)器，即量子U盤邁出重要一步。

光存儲(chǔ)是件很難的事情，因?yàn)榉瓷渎实拇嬖?，光線每一次的反射都會(huì)損失掉一部分能量，即使假設(shè)你的平面鏡反射率高達(dá)99.9%，在一米寬的箱子當(dāng)中，光線在一秒鐘就反射了15×10^9次，光線連一秒都儲(chǔ)存不住。

而聰明的中國(guó)科學(xué)家們通過(guò)調(diào)節(jié)介質(zhì)的折射率將光的速度降下來(lái)，然后用能量狀態(tài)低的晶體將光線吸收，光就會(huì)被“刻”入晶體當(dāng)中，當(dāng)晶體的電子處于有規(guī)律的往復(fù)躍遷時(shí)，光束就會(huì)被晶體牢牢束“縛住”，只能在晶體間不斷震蕩?？茖W(xué)家就是利用這個(gè)巧妙的方法，成功將光線儲(chǔ)存一個(gè)小時(shí)，打破之前德國(guó)科學(xué)家一分鐘的記錄。

科學(xué)家將600m的光脈沖儲(chǔ)存在這個(gè)只有5mm厚的晶體當(dāng)中

光是現(xiàn)代信息傳輸?shù)幕据d體，光纖網(wǎng)絡(luò)已遍布全球。光的存儲(chǔ)在量子通信領(lǐng)域尤其重要，因?yàn)橛霉饬孔哟鎯?chǔ)可以構(gòu)建量子中繼，從而克服傳輸損耗建立遠(yuǎn)程通信網(wǎng)。

六

中國(guó)首條采用移動(dòng)閉塞系統(tǒng)的重載鐵路成功運(yùn)行！

6月19日，我國(guó)重載鐵路技術(shù)實(shí)現(xiàn)重大突破性進(jìn)展。我國(guó)采用移動(dòng)閉塞技術(shù)體系的重載列車成功發(fā)車運(yùn)行，標(biāo)志著朔黃鐵路成為我國(guó)第一條采用移動(dòng)閉塞系統(tǒng)的重載鐵路。

移動(dòng)閉塞是國(guó)際鐵路公認(rèn)的提升安全指標(biāo)和提高運(yùn)輸效率的最佳控制系統(tǒng)，通過(guò)控制同一條鐵路上多列列車安全間隔時(shí)間，防止列車追尾事故的發(fā)生。

朔黃鐵路重載移動(dòng)閉塞系統(tǒng)，歷經(jīng)八年的關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)、核心設(shè)備研制及裝備研究，擴(kuò)大試驗(yàn)與工程化應(yīng)用研究，實(shí)現(xiàn)了符合我國(guó)實(shí)際運(yùn)營(yíng)需求的重載移動(dòng)閉塞體系、面向重載鐵路復(fù)雜場(chǎng)景的移動(dòng)閉塞安全防護(hù)技術(shù)、基于無(wú)線通信和北斗衛(wèi)星的重載列車再定位技術(shù)、面向重載移動(dòng)閉塞的全過(guò)程安全綜合保障技術(shù)的“四個(gè)創(chuàng)新”，為重載鐵路運(yùn)能和效率提升提供了成套解決方案。

七

中國(guó)能源裝備領(lǐng)域獲重大突破

今年我國(guó)首臺(tái)套天然氣長(zhǎng)輸管道國(guó)產(chǎn)30兆瓦級(jí)燃驅(qū)壓縮機(jī)組成功鑒定驗(yàn)收。該機(jī)組性能完全滿足我國(guó)天然氣管道的建設(shè)與運(yùn)行要求，達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)水平，實(shí)現(xiàn)了我國(guó)能源裝備領(lǐng)域的重大突破。

燃?xì)廨啓C(jī)驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)組(簡(jiǎn)稱“燃驅(qū)壓縮機(jī)組”)表現(xiàn)出了良好的性能和運(yùn)行可靠性，其性能達(dá)到了國(guó)際同類產(chǎn)品先進(jìn)水平，關(guān)鍵生態(tài)指標(biāo)——氮氧化物排放優(yōu)于進(jìn)口現(xiàn)役機(jī)組。在可靠性方面，“千小時(shí)故障停機(jī)次數(shù)”指標(biāo)也優(yōu)于進(jìn)口機(jī)組同期水平。

長(zhǎng)期以來(lái)，我國(guó)沒(méi)有成熟的大功率工業(yè)型燃?xì)廨啓C(jī)產(chǎn)品，國(guó)內(nèi)天然氣長(zhǎng)輸管道燃驅(qū)壓縮機(jī)組長(zhǎng)期依賴進(jìn)口，設(shè)備采購(gòu)和運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用居高不下，國(guó)家能源輸送受制于人。而30兆瓦級(jí)燃驅(qū)壓縮機(jī)組的研制成功，打破了國(guó)外技術(shù)壟斷、填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)空白，對(duì)于實(shí)現(xiàn)能源核心裝備自主可控、保障國(guó)家能源戰(zhàn)略安全具有重要意義。

八

中國(guó)研發(fā)全球最大量子比特?cái)?shù)的超導(dǎo)量子體系「祖沖之號(hào)」

5月8日，全球最大量子比特?cái)?shù)的超導(dǎo)量子體系，在中國(guó)誕生了！

這無(wú)疑是一次重大突破：中國(guó)科學(xué)家成功研發(fā)出62比特的超導(dǎo)量子計(jì)算原型機(jī)「祖沖之號(hào)」，目前國(guó)際上超導(dǎo)量子比特?cái)?shù)量最多，并在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了可編程的二維量子行走。

“祖沖之號(hào)”究竟有多領(lǐng)先？

以前谷歌的“量子計(jì)算機(jī)”，不是號(hào)稱實(shí)現(xiàn)“量子霸權(quán)”了嗎？它僅僅用了短短200秒，就完成世界最強(qiáng)大的超級(jí)計(jì)算機(jī)花費(fèi)1萬(wàn)年所需的計(jì)算量，計(jì)算速度堪稱“恐怖”！但與“祖沖之號(hào)”相比，谷歌的“量子計(jì)算機(jī)”不過(guò)如此。

衡量“量子計(jì)算機(jī)”的能力，主要是它能夠操縱的超導(dǎo)量子比特?cái)?shù)量，量子比特?cái)?shù)量越多，量子計(jì)算機(jī)的能力就越強(qiáng)，而且還是指數(shù)級(jí)地增強(qiáng)。谷歌“量子計(jì)算機(jī)”可操縱的超導(dǎo)量子比特?cái)?shù)量，是53個(gè)，“祖沖之號(hào)”能達(dá)到62個(gè)，比谷歌的多出9個(gè)！

九

中國(guó)現(xiàn)場(chǎng)光纖量子通信突破500公里量級(jí)

近日，中國(guó)科大潘建偉團(tuán)隊(duì)創(chuàng)世界紀(jì)錄，我國(guó)現(xiàn)場(chǎng)光纖量子通信突破500公里量級(jí)。

潘建偉團(tuán)隊(duì)利用中科院上海微系統(tǒng)所尤立星小組研制的超導(dǎo)探測(cè)器，基于“濟(jì)青干線”現(xiàn)場(chǎng)光纜，突破現(xiàn)場(chǎng)遠(yuǎn)距離高性能單光子干涉技術(shù)，分別采用激光注入鎖定實(shí)現(xiàn)了428公里雙場(chǎng)量子密鑰分發(fā)（TF-QKD），同時(shí)利用時(shí)頻傳遞技術(shù)實(shí)現(xiàn)了511公里TF-QKD。

該研究成果成功創(chuàng)造了現(xiàn)場(chǎng)光纖無(wú)中繼QKD最遠(yuǎn)距離新的世界紀(jì)錄，在超過(guò)500公里的光纖成碼率打破了傳統(tǒng)無(wú)中繼QKD所限定的成碼率極限，即超過(guò)了理想的探測(cè)裝置（探測(cè)器效率為100%）下的無(wú)中繼QKD成碼極限。

上述的工作在實(shí)際環(huán)境中證明了TF-QKD的可行性，并為實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離光纖量子網(wǎng)絡(luò)鋪平了道路。

十

我國(guó)初步掌握火箭長(zhǎng)筒段研制技術(shù)

2021年2月，我國(guó)首個(gè)3.35米直徑火箭長(zhǎng)筒段貯箱在八院800所問(wèn)世，經(jīng)過(guò)各項(xiàng)檢測(cè)和強(qiáng)度試驗(yàn)考核合格，基本具備工程應(yīng)用條件。

該貯箱采用了5米級(jí)長(zhǎng)筒段，首次實(shí)現(xiàn)了國(guó)內(nèi)近2米級(jí)筒段向5米級(jí)筒段的重大跨越，標(biāo)志著我國(guó)已初步掌握長(zhǎng)筒段研制技術(shù)，火箭在高質(zhì)量、高效率、低成本研制上又取得重大突破。

長(zhǎng)筒段將現(xiàn)有多個(gè)筒段整合為一，有效提高了火箭結(jié)構(gòu)的可靠性。尤為重要的是，生產(chǎn)效率可提高30%以上，研制成本可降低20%以上。

結(jié)語(yǔ)：

2021年，中國(guó)在極端的國(guó)際大環(huán)境中取得優(yōu)異成績(jī)，在一系列重大科技和高端制造領(lǐng)域取得重大突破，是偶然也是必然。未來(lái)，期待更多中國(guó)的先進(jìn)設(shè)備面世，也期待祖國(guó)經(jīng)濟(jì)踏上新征程，實(shí)現(xiàn)新突破。

編輯：jq