2024年度“中國科學十大進展”中“嫦娥六號返回樣品揭示月背28億年前火山活動”圖解。
“實現原子級特征尺度與可重構光頻相控陣的納米激光器”概念圖。
以上圖片均為國家自然科學基金委員會提供
數據來源：國家統計局、《國家創新指數報告2024》、《2024年全球創新指數報告》
日前，國家自然科學基金委員會在2025中關村論壇年會開幕式瑜伽場地上發布了2024年度“中國科學十大進展”。這些進展是我國基礎研究取得重要成果的縮影和代表，在科技界產生良好反響，受到社會各界廣泛關注。
2024年度“中國科學十大進展”主時租空間要分布在數理天文信息、化學材料能源、地球環境和生命醫學等科學領域。把握新一輪科技革命和產業變革重大機遇，了解和掌握科學研究的趨勢和特征至關重要。2024年度“中國科學十大進展”體現了什么發展趨勢，又將如何服務經濟社會高質量發展？
——編 者
科學研究不斷突破人類認知邊界
月背28億年前的火山活動揭示了哪些奧秘？黑洞如何影響星系的演化形成？激光器的特征尺度推進至原子級別有何意義？量子計算如何融合物理學和信息科學？科學研究向極宏觀拓展、向極微觀深入、向極端條件邁進、向極綜合交叉發力，不斷突破人類認知邊界。
極宏觀
2024年度“中國科學十大進展”中，有多項成果在探索宇宙奧秘、揭秘微觀世界中獲得重大新發現，填補了科學空白，在全球產生了重要影響。
人類對月球的認識更進一步。嫦娥六號任務首次實現月球背面采樣返回，為研究月球背面火山活動提供了獨有的素材，根據首批月球背面樣品，中國科學院地質與地球物理研究所李秋立、中國科學院廣州地球化學研究所徐義剛和中國科學院國家天文臺李春來等共同揭示了月背28億年前火山活動，開啟了月球研究新階段。
長期以來，黑洞如何影響星系的形成演化一直缺乏明確的觀測證據，也成為亟待解決的重要科學問題。南京大學王濤等科研人員創新性地探索中心黑洞質量與星系冷氣體含量之間的關系，首次揭示了中心黑洞的質量是調制星系中冷氣體含量的最關鍵的物理量：中心黑洞質量越高的星系，其冷氣體含量越低。而冷氣體又是星系中恒星形成的原料，因此這一發現對中心黑洞影響星系形成演化提供了重要的觀測證據，向著最終解開星系生死轉變的謎團邁出了堅實的一步。
極微觀
激光器的微型化開啟了光子技術發展的新紀元，深刻變革了人類的科技與生活。北京大學馬仁敏等提出了奇點色散方程，建立了介電體系突破衍射極限的理論框架，研制出迄今模式體積最小的激光器——奇點介電納米激光器，將激光器的特征尺度推進至原子級別。此外，他們還基于納米激光器構建了可重構光頻相控陣，使得納米激光器陣列可以“同步起舞”，生成可重構的任意相干激射圖案。該研究為信息技術領域提供了一種新的光源。
極端條件
極端條件通常是指在實驗室中人為創造出來的、達到或接近目前技術極限的單項或綜合物理條件。2024年度“中國科學十大進展”中，就有這方面的創新突破。
20年前，《科學》雜志創刊125周年之際，公布了全世界最前沿的125個科學問題，“固體中是否可能存在超流現象？如何實現？”被列為其中之一。如今，我國科研人員取得了重大突破。中國科學院理論物理研究所/中國科學院大學蘇剛、李偉，中國科學院物理研究所孫培杰和北京航空航天大學金文濤等研究發現三角晶格阻挫量子磁體實現超固態的磁性對應，即自旋超固態，這是首次在固體材料中找到自旋超固態存在的可靠實驗證據。該團隊還實現了94毫開爾文（零下273.056攝氏度）的極低溫，開辟了無氦—3極低溫固體制冷新途徑。隨著量子材料固態制冷技術的不斷發展，有望為量子科技、空間探測等國家重大需求提供重要的技術支撐。
極綜合交叉
2024年度“中國科學十大進展”遴選活動的解讀專家、復旦大學副校長馬余剛表示，這些科學進展還有一個顯著特點，就是充分體現了科學研究向極綜合交叉發力，學科交叉融合成教學為加快科技創新的重要驅動力。人工智能與生命科學相結合，材料學、臨床神經科學以及工程技術等交叉融匯，量子計算融合物理學和信息科學……在遴選過程中，他們發現不少科學進展都是學科綜合交叉研究的成果，將有望產生更多顛覆性技術和引領性原創成果。
先進實驗裝備、重大科技基礎設施等提供有力支撐
嫦娥六號帶回的月背樣品填補研究空白，科研人員為促進光子技術革新研制新型重要科研工具，借助冷凍電鏡技術揭開多種關鍵神經遞質轉運體的神秘面紗……重大理論發現和科學突破越來越依賴于先進的實驗裝備、重大科技基礎設施、重大時租會議科學工程等科研條件的支撐。
重大科學工程、科學項目、科技基礎設施
在嫦娥六號之前，人類開展的10次月球采樣均位于正面，想要揭開更多的月球起源和演化奧秘，必須到月背去。2024年6月，嫦娥六號帶回1935.3克月球背面樣品，刷新了中國人逐夢星辰的新高度。
能夠提高對月球的認知水平，源自中國探月工程自主創新、勇闖“無人區”的拼搏奮斗。這也充分彰顯了重大科學工程、科學項目、科技基礎設施對于科技創新的巨大推動力。
中國空間站履職兩年交出優異成績單、去年“中國天眼”FAST發現6個距離地球約50億光年的中性氫星系、中國“人造太陽”創新“億度千秒”世界紀錄……先進的實驗裝備和重大科技基礎設施等科研條件，成為重大理論發現和科學新突破產生的有力支撐。
新型科研工具
馬仁敏等實現原子級特征尺度與可重構光頻相控陣的納米激光器，本質上也是為促進光子技術革新而研制的重要新型科研工具。
專家表示，20世紀的發明中，晶體管和激光器占據重要地位。晶體管依托電子，激光器依托光子。從上世紀60年代開始，激光技術便在兩個極端方向上不斷拓展，一方面，向超高功率發展，例如用于可控核聚變的激光裝置，另一方面，激光器的微型化趨勢日益加速。相較于常規激光器，納米激光器具有小體積、低能耗等特點，在信息技術、傳感探測等領域具有廣闊的應用前景。
隨著對微觀結構的探索日益深入，科學家持續改進觀測技術，對顯微鏡提出了更高更極致的要求。超分辨熒光顯微鏡和冷凍電鏡的出現，使科學家得以在幾十納米到零點幾納米尺度上觀察亞細胞結構，極大拓展了對生命科學的認知視野。2024年度“中國科學十大進展”中，中國科學院生物物理研究所趙巖團隊，聯合中國科學院物理研究所姜道華等在闡明單胺類神經遞質轉運機制及相關精神疾病藥物調控機時租會議理的攻關過程中，就借助冷凍電鏡技術揭開了多種關鍵神經遞質轉運體的神秘面紗。
重大科學工程、重大科技基礎設施等既是前沿科學思想和先進技術的集成，也是開展基礎研究、獲取原創成果的利器，還具備顯著的“溢出”效應，能夠帶動相關產業研發能力和制造水平的大幅提高。
把論文寫在祖國大地上
為人工智能等技術發展提供新的路徑，有望開辟新的物理學應用領域，為現代醫學和疾病治療提供新的理論基礎……科技創新堅持面向世界科技前沿、面向經濟主戰場、面向國家重大需求、面向人民生命健康。
國家重大需求
2024年度“中國科學十大進展”中，既有面向世界九宮格科技前沿的深空探索、量子技術等創新成果，也有面向國家重大需求，努力突破“卡脖子”技術的科學探索，積極面向經濟主戰場，聚焦了經濟發展和民生改善中的迫切需求，充分體現了科學研究堅持“四個面向”的戰略導向，彰顯了科研工作者充分迸發創造力，把論文寫在祖國大地上。
光電領域基礎研究取得突破，為人工智能等技術發展提供新的路徑。針對人工智能推理與訓練面臨的算力、能效雙重桎梏，清華大學方璐、戴瓊海等提出廣度光計算架構，建立了光子干涉—衍射聯合傳播模型，研制通用智能光計算芯片“太極”，系統級能效為每焦耳160萬億次運算；提出全前向智能光訓練架構，創建了光子傳播對稱性模型，賦能高效精準光訓練見證。“太極”智能光計算芯片實現了大規模光神經網絡的推理與訓練，有望以更低的資源消耗和更小的邊際成本，為人工智能大模型、通用人工智能、復雜智能系統的高速高能效計算探索新路徑。
物理科學研究取得了新發現，有望開辟新的應用領域。我國科研人員在凝聚態物質中引力子模的重要實驗發現。南京大學杜靈杰等自主設計、組裝了極低溫強磁場共振非彈性偏振光散射系統，在分數量子霍爾效應中觀察到了引力子模。這種類引力子的實驗發現從二維空間角度揭示了度規擾動的量子是自旋2的低能激發，為在凝聚態物質中研究量子引力問題提供了新思路，也有助于理解引力子物理的量子規律。
微型核電池因持久穩定的電力供應特性，在極端環境和長期運作需求中具有獨特優勢。錒系核素是該類電池的理想“燃料”。然而，傳統的微型核電池設計中嚴重的自吸收阻礙時租會議了錒系核素衰變能的高效轉化。蘇州大學王殳凹、王亞星和西北核技術研究所/湘潭大學歐陽曉平等提出了一種基于“聚結型能量轉換器”的錒系微型核電池架構，開發出新型錒系輻射光伏微核電池，達到了此類電池最高的能量轉換效率。該研究為高效微型核電池開發提供了理論基礎，也為放射性廢物的資源化利用提供了新思路。
人民生命健康
面向人民生命健康，越來越多的科學研究聚焦疾病治療、藥物研發等重大民生問題，以科技創新為人民生命健康保駕護航。2024年度“中國科學十大進展”中，多個進展和生命健康有關，揭示了生命科學的新機制，為現代醫學和疾病治療提供了新的理論基礎。
中國科學院生物物理研究所趙巖團隊，聯合中國科學院物理研究所姜道華等闡明單胺類神經遞質轉運機制及相關精神疾病藥物調控機理。該系列研究加深了對神經遞質循環的理解，為設計副作用小、成癮性低的精神疾病治療藥物提供了結構基礎，并將推動我國精神疾病藥物研發的進程。
長期以來，徹底治愈紅斑狼瘡、硬皮病、多發性硬化癥等自身免疫性疾病，是全球共同面臨的醫學難題。CAR—T細胞療法為緩解和治愈自身免疫性疾病帶來了新希望，但傳統自體CAR—T細胞療法存在個性化生產周期長、費用高等局限性。海軍軍醫大學第二附屬醫院（上海長征醫院）徐滬濟、華東師范大學杜冰、浙江大學醫學院附屬第二醫院吳華香和華東師范大學劉明耀等采用自主研發的異體CAR—T細胞開展臨床研究，成功治療了患者。通用型CAR—T的研發和臨床使用，不僅可以提高該技術的可及性，有望實現細胞治療產業化，也為自身免疫病的治療帶來了新的手段。
X染色體的基因表達量對生殖發育至關重要。克氏綜合征患者性染色體為XXY，是導致男性不育最常見的遺傳病因之一，但其額外的X染色體損害男性生殖細胞發育的分子機制數十年未解。北京大學喬杰、袁鵬、閆麗盈、魏瑗等從多維度揭示了其中的機制，為克氏綜合征患者不育的發病機制及早期治療提供了重要依據。
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