科技导报杂志

科技导报杂志2025年第12期

• 从传统计算机芯片到量子计算机芯片

  薛其坤

  现代计算技术的革命史，从原理上看是一部物理“三明治”结构的创新史。从半导体晶体管到超导量子比特，这一跨越近80年的历程不仅揭示了基础科学的深邃力量，更展现了人类对算力极限的永恒追求。在这条道路上，每一次材料的突破、每一层结构的革新，都在重塑技术边界，为人工智能、量子信息等前沿领域奠定基石。

• 单纤双波长刷新千公里级地基授时极限

  跨越2000 km还能把时差掐在几皮秒？这曾被不少计量专家视作“地面链路的天花板”。中国科学院国家授时中心张首刚、董瑞芳和刘涛团队用1根公共通信光纤、2束相邻波长的光脉冲，将这一极限再向前推进一大步——在2061 km现场链路上，把1 s稳定度做到了5.6 ps，授时误差再缩小数十个百分点。

• “雪龙2”号取得多项关键科学发现

  2025年5月28日，极地科考破冰船“雪龙2”号抵达海南海口，结束了208 d的南极科考航程，是中国极地考察史上单船执行任务历时最长的一次。

• 7100年前云南人曾奔赴青藏高原

  青藏高原人群的“幽灵祖先”源自哪里？这个长期未解的谜团得到了关键线索。中国科学院古脊椎动物与古人类研究所付巧妹团队通过对来自云南17个遗址、7100年前以来的127例古代人类基因组测序，首次从遗传学角度精准识别了青藏高原“幽灵祖先”，并探讨了云南作为多元人群交流枢纽的关键作用。2025年5月29日，相关研究成果发表于《Science》。

• 加剧成人脂肪肝生成的“元凶”被捕获

  中国疾病预防控制中心最新流行病学调查显示，中国成年人群非酒精性脂肪肝（NAFLD）患病率达29.2%，在北上广深等一线城市，35岁以下人群患病率年增长率超过7%。

• 中国科协开展弘扬科学家精神科技工作者日系列活动

  2025年5月30日，全国科技工作者日系列活动以“矢志创新发展建设科技强国”为主题，由中国科学技术协会联合科学技术部、中央宣传部共同举办。

• 天问二号叩响中国小行星探测之门

  2025年5月29日1时31分，中国在西昌卫星发射中心用长征三号乙Y110运载火箭，成功将行星探测工程天问二号探测器发射升空。火箭飞行约18 min后，将探测器送入地球至小行星2016HO3转移轨道。此后，探测器太阳翼正常展开，发射任务取得圆满成功。

• 钙钛矿太阳能电池也需要夜间“休息”

  过去10年，钙钛矿太阳能电池认证功率转换效率已提升至27%，与商用硅电池相当，但是长期运行稳定性尚不能满足光伏产品要求。南京航空航天大学郭万林和赵晓明团队开发出气相辅助表面重构技术，抑制了产业级钙钛矿模组在户外环境下的不可逆退化，在30 cm × 30 cm的钙钛矿模组中首次实现与商用晶硅太阳能电池相当的户外运行稳定性。2025年5月29日，相关研究成果发表于《Science》。

• 算准时差可发现隐秘类地行星

  我们孤独吗？这是人类思考的千古难题。中国科学院云南天文台顾盛宏领衔的国际联合研究团队，在世界上首次利用凌星中间时刻变化（TTV）反演技术，在类太阳恒星的宜居带发现一颗质量大约是地球10倍的超级地球——开普勒-725c，其轨道周期为207.5 d，接收的平均辐照为地球的1.4倍，符合生命存在的条件。

• 人工合成“分子剪刀”守护马铃薯健康

  马铃薯Y病毒（PVY）作为全球茄科作物的重要病原体，每年对马铃薯、辣椒和番茄等经济作物造成严重损失，其有效防治是当前农药化学领域的重要挑战。传统防治策略主要通过杀虫剂控制蚜虫媒介或施用抗病毒剂，但受限于虫体抗药性演变及药物作用靶标单一，实际防治效果始终难以突破。

• 纳米线替代受损视网膜细胞  碲纳米线网络或将开辟人工视觉新途径

  FernándezEduardo

  视网膜退行性疾病是全球不可逆视力丧失的主要病因。这类疾病的共同特征是视网膜（眼球后部的感光层）中的感光细胞（视杆细胞和视锥细胞）逐渐退化。然而，视网膜中的其他神经元（包括双极细胞、无长突细胞、水平细胞和视网膜神经节细胞）通常仍能维持大部分功能，并通过视神经维持与视觉皮层的连接。视网膜假体的设计初衷是通过人工刺激这些存活的视网膜神经元来提供有用的视觉感知，但大多数系统面临依赖外部电源以及对视网膜神经元刺激有限等挑战。在《Science》上，Wang等研究人员提出了一种由碲纳米线网络构成的视网膜假体，该技术在解决部分现有局限的同时，亦能响应比视锥细胞和视杆细胞更广的电磁波谱范围。

• 美国国家科学院、工程院和医学院濒临大幅裁员  特朗普政府取消合同，重创百年学术机构

  WadmanMeredith

  2025年5月23日，一篇新闻报道披露美国国家科学院、工程院和医学院（NASEM）即将大幅裁员。次日清晨，美国国家科学院院长Marcia McNutt向员工发送了一封致歉备忘录。她此前向STAT（美国在线新闻媒体平台）透露，到夏末可能裁减250个职位，这一消息令约1100名NASEM员工震惊不已。McNutt表示，关于即将裁员的具体人数“尚未做出决定”。

• 如何破局科技界作风学风乱象

  吴善超

  到2035年建成科技强国，是近代以来中国科技界乃至全社会孜孜以求的梦想。科技强国既要靠强大实力的持续积累，也离不开崇高精神的有力支撑。习近平总书记系列重要论述阐明弘扬科学家精神的重大意义、独特价值、重要任务、实践途径，强调“科学家精神是科技工作者在长期科学实践中积累的宝贵精神财富”，“要加强科研诚信和作风学风建设，推动形成风清气正的科研生态”。中共中央办公厅、国务院办公厅印发的《关于进一步弘扬科学家精神加强作风和学风建设的意见》中强调，要激励和引导广大科技工作者追求真理、勇攀高峰，树立科技界广泛认可、共同遵循的价值理念，加快培育促进科技事业健康发展的强大精神动力，在全社会营造尊重科学、尊重人才的良好氛围。新时代以来，以爱国、创新、求实、奉献、协同、育人为内核的科学家精神，已成为科技界团结奋斗的主旋律，成为科技工作者赓续的精神血脉和文化基因。同时，也存在精神动力弱化、功利主义强化、不良作风学风滋生蔓延等问题，科技工作者对优化创新生态的共性诉求值得高度重视。

• AI for Engineering：驱动数字生态系统网络发展范式转型

  邬江兴, 邹宏, 张帆, 刘勤让, 高彦钊, 尚玉婷*, 祁晓峰

  人工智能作为当今时代最具变革性的技术力量，正以前所未有的速度推动经济社会发展。人工智能不仅带来AI for Science（AI4S）的科学研究新范式，更带来AI4E工程科技范式变革。但是AI4S与AI4E具有明显差异，AI4S聚焦于通过AI加速自然规律发现及科学猜想推理实验；AI4E则致力于创造高可用、高可靠、高可信、高经济性相统一的智能时代工程技术新范式，推动人类社会繁荣。AI4S是“用AI助力发现世界”，而AI4E是“用AI加持改造世界”。

• 人工智能驱动药物研发进展

  何欣恒, 高斯涵, 李俊睿, 徐华强*

  药物研发是支撑现代医药产业发展的核心驱动力，是应对人类疾病挑战的关键环节。然而，传统的药物研发模式长期以来深陷“三十”困境——平均超过10年的研发周期和超过10亿美元的研发投入，却伴随着不到10% 的药物上市成功率[1]。这种高投入、长周期、低产出的模式，严重制约了新药的产出[2]。因此，如何突破传统药物研发的瓶颈，加速新药创制，已成为全球医药领域共同面临的重大挑战[3]。

• 深海探测技术进展及未来发展趋势

  崔维成, 邵鑫浩

  深海（深度≥ 1000 m），这片占据地球表面积约65% 的广袤区域，蕴藏着丰富的多金属结核、热液硫化物和稀有生物资源、独特的生态环境及诸多待解的地球科学谜题。从资源角度看，这些资源对于缓解陆地资源短缺、保障国家资源安全具有重要意义[1]。从环境角度看，深海在全球气候调节中扮演着关键角色，其对二氧化碳的吸收和储存能力影响着全球气候变化的进程。从生物多样性角度看，深海独特的高压、低温、无光等极端环境孕育了众多特殊的生物物种，这些生物在医药、生物材料等领域具有巨大的潜在应用价值。从地球科学角度看，深海是研究地球板块运动、海底地质构造演变等过程的天然实验室，有助于深入理解地球的演化历史。

• “双碳”目标下甲烷管控与减排科技创新

  张通, 袁亮*, 王玥晗

  甲烷作为第二大温室气体，自2000年起排放形势愈发严峻，至2024年达历史峰值，大气甲烷浓度升至1930（nmol/mol），约占温室气体总排放量16%（图 1）[1−2]。据联合国政府间气候变化专门委员会（IPCC）第6次评估报告，全球地表温度较工业化前升高约1.1℃，其中0.5℃归因于甲烷排放[3]。甲烷属于典型的短寿命强效温室气体，以全球增温潜势（global warming potential, GWP）衡量，化石燃料源甲烷在100年尺度下是二氧化碳的29.8倍，20年尺度下高达82.5倍，其对全球温升影响不可小觑[3−4]。《联合国气候变化框架公约》第二十八次缔约方大会（COP 28）报告显示，2023年是有记录以来最热一年，全球平均地表温度比工业化前高出2.06℃，升温首次超过2℃[5]。值此全球气候治理关键节点，减少甲烷排放能在短期内有效遏制全球温升，是实现《巴黎协定》1.5℃温升目标的关键举措。

• 量子真空测量技术研究进展

  成永军, 孙雯君, 董猛, 贾文杰, 范栋

  真空计量作为支撑现代高新技术发展的核心基础技术，在国际单位制（SI）革新、计量体系向量子化转型的时代背景下正经历深刻变革。依托光学方法与物质本征特性相结合的新一代量子计量技术，正逐步取代依赖经典物理原理的传统真空测量模式，标志着真空计量领域已迈入以第一性原理为基础的量子精密测量新纪元[1−3]。2019年，《Nature》发表专题文章《真空测量革新：传统400年真空技术遭遇量子化挑战》，明确指出现代光学方法通过直接利用物质基本特性进行真空参数反演，具备无需溯源传递链、测量结果绝对准确、动态响应高速等显著优势[4]。

• 冰刻技术研究进展与展望

  赵康, 赵鼎*, 仇旻*

  微纳加工技术作为现代信息技术、生物医学、能源器件等领域的基石，其发展水平直接决定了先进功能器件与集成系统的性能上限[1−3]。在众多微纳加工技术中，电子束光刻（electron beam lithography，EBL）凭借纳米级分辨率成为高精度图案化的核心手段。然而，常规EBL工艺流程较为复杂、材料兼容性有限，难以满足非平面衬底加工、敏感易损材料加工、生物相容性制造等新兴需求[4−5]。在此背景下，冰刻技术（ice lithography，IL）作为一种EBL衍生的低温微纳加工方法，通过将特定气体在低温衬底表面凝结为固态冰胶，并利用电子束与冰层的相互作用实现图案化，为解决上述挑战提供了全新思路[6]。

• 材料基因工程与智能科学：AI+时代无尽前沿

  王毅, 李高楠, 刘哲, 高兴誉, 王洪强, 宋海峰, 杨明理, 宿彦京*, IbraimovMargulan, 李金山*

  “新材料产业是战略性、基础性产业，也是高技术竞争的关键领域”[1]，“一代材料，一代技术，一代装备”，新材料领域科技创新将大力推动新材料产业健康发展，为科技强国建设提供坚实的物质保障[1]。材料基因工程（materials genome engineering，MGE）是材料领域的颠覆性前沿技术，将对材料研发模式产生革命性的变革，全面加速材料从设计到工程化应用的进程，大幅度提升新材料的研发效率，缩短研发周期，降低研发成本，促进工程化应用[2]。材料基因工程“高通量计算−高效实验−大数据”关键技术的融合，“设计−研发−应用”协同的思想和理念在新材料研发端彰显出了巨大的潜能和前景，有效地提升了新材料研发效率和降低研发成本[2−7]。随着全球科技的飞速发展，面向未来的科技战略成为推动先进材料创新与应用的重要动力。世界各国相继出台了众多国家战略规划，旨在通过前沿性、颠覆性科技创新加速材料领域的进步[3, 8−16]。“强国战略”驱动材料基因工程融合创新加速关键材料工程化的政策与行动纲要与中国人工智能发展与应用的战略规划路线如图 1所示，从1945年美国发布的《科学：无尽的前沿》报告到2020年发布的《无尽前沿法案》体现了这一历史进程。报告中明确指出，“依赖外部力量获取基础科学知识的国家，其工业发展将受到制约，竞争力也将逐步削弱”，进一步展望未来75年科技发展趋势并以国际化竞争的态势制定了相应的科技战略竞争法案[17−18]。同时，这一观点为全球科学技术和工业的革新奠定了理论基础，特别是《科学：无尽的前沿》报告中列出的原子弹、雷达和青霉素3个重要技术与产品的突破性进展，完美地诠释了科学研究和技术创新对工业（产业）发展、国家战略安全和人民健康领域的引领和重要支撑作用[19]。从战略规划、应用实践、产业创新等方面全方位布局关键科学技术和产业创新和发展具有重要意义。欧盟《材料2030路线图》[8]聚焦材料智能计算与设计技术、自主/智能化实验技术和装备、AI驱动的关键算法和技术、数字孪生、智能化研发平台与协同创新网络等关键技术，旨在通过智能化、协同化和可持续化的研发模式推进材料产业升级，建立一个强大的欧洲材料生态系统，推动绿色和数字转型，创建可持续的包容性欧洲社会。其中，在材料数字化方面，开发数字化和创新方法生成材料数据与知识，建立通用、标准化语言本体用于数据交换和知识管理，提供可信任的数据获取和交换的分布式公共数据存储空间，开发语义和人工智能技术处理利用数据。在新材料加工和大规模生产方面，确立了涵盖工艺优化、脱碳、大规模定制、零缺陷生产、循环经济、多材料加工以及新材料加工等7个优先发展方向。相比之下，中国提出的《中国制造2025》战略旨在着力推动制造业从大到强的转变[10]。然而，当前中国制造业仍面临着许多挑战，尤其是在材料研发和应用的深度融合上，工程应用研究和数据积累仍显不足，这不仅影响了材料的性能稳定性，也导致了技术标准的滞后与评估验证的不足。为应对这一挑战，中国出台了《新材料强国战略2035》等系列战略规划，提出了创新驱动、质量为先、绿色发展、结构优化与人才为中心的基本发展路径，重点推动数字化、网络化和智能化发展[16]。

• 钙基电池：下一代低成本、高能量密度储能技术

  叶蕾, 廖萌, 王兵杰*, 彭慧胜*

  在电网储能及可再生能源应用需求的推动下，开发新型电池体系成为研究热点。多价金属电池（如钙、锌、镁）因其潜在的高能量密度、资源丰富性和低成本，被认为是一种极具前景的储能方案[1−2]。相比单价锂离子，多价离子在相同电荷量下，所需离子浓度仅为前者的1/2或1/3，能显著提升电池能量密度与储能效率。金属钙的标准还原电位（−2.87 V，相对于标准氢电极）接近锂（−3.04 V），且高于镁（−2.36 V）和锌（−0.76 V），这使钙基电池在能量密度提升上展现出更显著的潜力[3−4]；此外，钙是地壳中第5大富含元素，其丰度约为锂的2500倍，资源可持续性和经济可行性更为突出[5]。在锂资源分布不均且价格波动的背景下，钙基电池展现出显著的成本优势，因此作为多价金属电池的重要代表备受关注。

• 托卡马克聚变装置的关键突破与展望

  武松涛

  随着人类社会的发展、生活方式的改善、生活水平的提高、科技的进步，全球对能源的需求持续增长。同时化石燃料资源的日益枯竭及其所带来的环境问题日益严峻。能源与环境面临的挑战和实现“双碳”目标是中国在全面建设社会主义现代化国家新征程中必须面对和解决的重大问题。

• 环状适配体的合成、功能与应用

  姚丽丽, 刘涛, 毛瑜*, 郑磊*

  2023年诺贝尔生理学或医学奖被授予2位信使核糖核酸（messenger RNA，mRNA）疫苗的奠基人——Katalin Karikó和Drew Weissman，正式宣告核酸药物的医学新时代来临。核酸适配体（简称适配体）是一类通过指数富集配体系统进化技术（systematic evolution of ligands by exponential enrichment，SELEX）经体外筛选获得的功能性寡核苷酸分子。自Ellington等[1]和Tuerk等[2]于1990年首次报道SELEX技术以来，大量适配体被筛选出来，带来分子识别领域研究范式的革新。适配体通常是单链（single strand，SS）脱氧核糖核酸（deoxyribonucleic acid，DNA）或核糖核酸（ribonucleic acid，RNA）分子，可通过动态折叠形成茎环、发夹及G四链体等特征性三维拓扑结构，实现对靶标分子（包括蛋白质、小分子、金属离子以及细胞等）的高亲和力与高特异性识别[3]。近年来，传统线性适配体在生物传感、靶向治疗等领域展现出应用潜力，然而，其自身存在的热力学稳定性欠佳以及易受生物样本中大量存在的核酸外切酶降解等问题，严重制约了其在实际应用中的可靠性[4−7]。化学修饰策略可以在一定程度上改善线性适配体的稳定性，但是，与此同时也会改变适配体构象，进而削弱其与靶标的结合能力，甚至可能引发非特异性免疫反应[8]。

• 基于多芯光纤远端光真时延多波束赋形系统的研究

  张宸博, 朱逸萧*, 胡卫生

  毫米波具有丰富的频谱资源，且支持大带宽和高传输容量。自第5代移动通信技术（5G）时代以来，毫米波频段已逐渐应用于移动网络[1−4]。然而，由于毫米波在空间传播中的严重衰减和功率损耗，需要依靠天线阵发射高指向性、大增益的波束，从而克服其传播限制[5]。迄今为止，大量天线阵已在光载无线接入网的远端无线单元部署。然而，如何实现天线阵的多波束产生和操控成为一大技术挑战[5−6]。传统的天线阵通过移相器阵列控制波束指向。然而，随着无线信号带宽的不断增加，移相器阵列面临波束斜视问题：不同频率的波束在相同移相值作用下会出现指向偏差[7−8]。相比之下，真时延天线阵不存在波束斜视问题成为当下研究重点[8−10]。特别是光学方案产生的真时延系统，即光真时延系统[6, 8−9]，因其能够与光载无线接入网紧密结合，受到广泛关注。

• 面向云数据访问控制的认证密文检索方案

  曹艺博, 徐仕远, 陈雪, 奚雨新, 郭宇*

  云计算技术的广泛应用推动了云存储服务的高效部署，海量数据以加密形式集中托管于云端服务器，显著提升了资源利用率和跨域协作能力[1]。然而，云存储的开放性与数据所有权的分离特性，使得数据的隐私保护面临严峻挑战[2]。2024年全球网络安全态势显示，数据安全已成为网络空间安全体系建设的重点领域，各国纷纷出台政策法规以应对数据泄露、非法访问等安全风险[3]。在电力行业智能化转型中，基于边缘计算与区块链的智慧用电平台通过去中心化架构实现了数据安全共享[4−5]，但云端数据的细粒度访问控制仍需强化。传统密码学技术（如加密、签名[6−9]、签密[10]等原语）虽能确保数据静态安全性，却阻碍了授权用户对密文数据的检索与共享，导致用户需频繁下载并解密数据以进行本地检索，极大削弱了云存储的实用价值。为此，可搜索加密（searchable encryption，SE）技术应运而生，其允许用户在加密数据上直接执行关键字搜索操作，既保障了数据隐私，又满足了实际应用中的检索需求[11−13]。然而，随着数据共享场景的复杂化，如何在多用户协作环境下实现安全高效的密文检索成为亟待突破的挑战[14]。

• 中国农田土壤抗生素污染格局及其对施肥和灌溉的响应

  赵方凯, 沈琳钧, 杨恺丰, 刘鸿林, 杨磊, 陈利顶*

  随着农业集约化进程的加速，农田土壤污染问题日益成为制约农业可持续发展的关键因素[1−2]，尤其是土壤抗生素污染，近年来引发了广泛关注[3−4]。抗生素在土壤环境中不仅可对土壤生物造成毒性效应，也可以促进抗生素抗性的扩散和传播，同时可通过食物链富集、地下水渗滤等途径进入食物和饮用水中，威胁人类健康[5−6]。研究表明，2020年中国约11.4% 面积的农田的土壤中存在多种抗生素污染，且部分地区的含量明显超出生态安全阈值[7]。

• 借鉴企业管理核心理念，健全中国科研院所治理体系

  许强, 丁帅, 刘政坤

  党的二十届三中全会提出，“允许科研类事业单位实行比一般事业单位更灵活的管理制度，探索实行企业化管理”。这为加强和完善科研院所的管理指明了方向。科研院所是国家创新体系建设的重要组成部分，是重要的国家战略科技力量。近年来，国家层面创建了国家实验室，重组了国家重点实验室，各省市创办了一系列新型研发机构和技术创新中心、产业创新中心，大科学装置等科研基础设施投入加大。随着创新能力的日益增强，科研院所的治理问题日显重要。如何借鉴企业管理的核心理念，加强科研院所的治理，既要保证举办方对科研组织的战略要求，又能有效发挥科学家为主的管理团队的积极作用，不断提高科学研究和技术成果转化能力，更加有效地配置创新资源、推动新质生产力发展，使科技创新与产业创新深度融合，对中国创新体系的建设有着十分重要的意义。

• 爱因斯坦独特的科学方法和哲学思想在科学发明中的伟力

  李醒民

  一切科学理论的探索，归根结底也是科学方法与科学认识的探索。这句话包含双重含义。从积极的或肯定的方面讲，科学理论探索与科学认识和科学方法的探索是并进的，科学理论的探索必然需要科学认识和科学方法的探索；科学理论的创新，往往会伴随科学认识和科学方法的创新；而科学认识和科学方法的创新，则是科学理论创新的前提条件。从消极的或否定的方面讲，没有新科学理论的发明（基本概念和基本原理远离经验事实的科学理论是科学家发明出来的，而不是发现的——这也是爱因斯坦本人的看法），就不可能有新科学认识论和科学方法的创造；没有新科学认识论和科学方法论的创造，也不可能有新科学理论的发明——这里特别指称基础性的、根本性的科学理论的发明，而不是那些仅仅停留在经验资料上的、小打小闹的科学发现。就此而言，相对论的创立无疑是一个绝佳的例证；爱因斯坦无疑是集伟大的科学家与伟大的哲学家于一身的哲人科学家的典型代表，是运用高超的哲学思想和高明科学方法发明高妙的科学理论的高手[1−2]。