2021年中国十大科技突破

点击：  作者：华秋元器件    来源：科研动态 微信号  发布时间:2021-12-06 10:36:51

 

2021年，是中国共产党建党100年，也是“十四五”开局之年。回首中国百年征程，科技为中国插上了腾飞的翅膀。

 

连特斯拉CEO马斯克也不禁赞叹：“中国取得的经济繁荣确实令人赞叹，尤其是在基础设施方面！我鼓励大家都亲自去看看。”

 

 

据统计，中国科技进步对经济增长的贡献率达到60%。毫无疑问，重大科技创新成果是国之重器、国之利器，关系我国发展全局。

 

而令人自豪的是，2021年仅过半，中国已经在多个科技领域取得不少重大突破。

 

01

神舟十二号载人飞船发射成功

 

2021年6月17日，神舟十二号载人航天飞船成功发射，并与天和核心舱成功完成对接。

 

 

 

这意味着中国的载人航天项目正式迈入三步走的最后阶段“实现太空长期驻守”。更重要的是，中国的载人航天飞船也终于脱离试验阶段，开始实现太空往返常态化。

 

中国正式进入太空站时代！

 

20年前，美国拒绝中国参与国际空间站；20年后，中国建成了自己的空间站。

 

作为天宫的主人，中国可以接纳十几个国家的合作申请，但是，对于美国，中国直接说“NO”!

 

02

中国28nm和14nm的芯片预计会在今明两年开始量产

 

前几天，中国电子信息产业发展研究院电子信息研究所所长温晓君接受采访时表示，我国28nm和14nm的芯片，预计会在今明两年开始量产。

 

据悉，14nm芯片的发展攻克了许多技术难题，整个从设计、制造、封装一条龙都能搞下来，然后有望在2022年实现量产。

 

 

国产芯片正在蓬勃向上，有中芯国际参与先进芯片的研发，还有紫光展锐的芯片设计，再加上上海微电子也即将交付28nm光刻机，在今年或者明年实现成熟工艺芯片的量产，相信不是什么大问题。

 

如果今明两年28nm和14nm都能实现量产，我们再花一两年时间就能通过快速扩大产能来满足我们的市场需求，中国离打破海外的垄断也就不再遥远。

 

03

中国科学家在磁性芯片高精度检测领域取得新突破

 

磁性芯片生产过程中的磁性薄膜检测这一关键技术，属于我国长期被“卡脖子”的技术。

 

磁性芯片生产过程中，需将纳米磁性薄膜均匀铺在晶圆（制作硅半导体集成电路所用的衬底）上。确保所有晶圆完全“躺平”有多难？——相当于在北京的海淀区地面上均匀铺满5层厚的小米粒，且须完全平整，因此，检测薄膜的平整度尤为关键。

 

6月24日，北航集成电路学院科研人员利用其研发的晶圆级磁光克尔测试仪，通过微小的磁性针尖在在5个原子层厚的纳米磁性薄膜上写下“100年，中国‘芯'”，庆祝中国共产党建党100年。

 

 

北航集成电路学院科研团队研发的晶圆级磁光克尔测试仪，对比国外同类设备，这台仪器在测试精度和速度等方面进行了技术革新，实现了自主创新突破。

 

据了解，该仪器现已应用于科研领域，且预计于今年10月在产业领域投入商用。

 

04

中国核聚变研究获得重大突破

 

2021年月，中国的“人造太阳”，在1.2亿摄氏度下，成功“燃烧”101秒！这标志着我国核聚变研究又获得重大突破，也为人类获得可控核聚变能源，奠定了商用的物理和工程基础。

 

 

什么是核聚变？当两个轻原子融合为一个重原子时，反应的过程会产生一点点的质量亏损，而这损失的一点点物质会变成巨大的能量释放出来，这就是核聚变。

 

氢弹，运用的就是核聚变技术。

 

但要产生核聚变，得在高温高压的环境下，比如，在太阳中心，氢可以在1500万度K的高温和2000亿个大气压的高压下聚变成氦。而在地球上没有那么高的压强，要发生聚变，温度就需要达到上亿度。因此，在地球上实现核聚变是非常难的。

 

而中国的“人造太阳”，恰恰就把可控核聚变，做到了1亿度高温，还坚持了101秒。要知道，最开始时，人类只能做过50毫秒。

 

05

中国将光的存储时间提升至1小时

 

2021年4月，我国科学家在光量子存储领域取得重要突破，将光的存储时间提升至1小时，大幅刷新了2013年德国团队光存储1分钟的世界纪录，向实现量子存储器，即量子U盘迈出重要一步。

 

光存储是件很难的事情，因为反射率的存在，光线每一次的反射都会损失掉一部分能量，即使假设你的平面镜反射率高达99.9%，在一米宽的箱子当中，光线在一秒钟就反射了15×10^9次，光线连一秒都储存不住。

 

而聪明的中国科学家们通过调节介质的折射率将光的速度降下来，然后用能量状态低的晶体将光线吸收，光就会被“刻”入晶体当中，当晶体的电子处于有规律的往复跃迁时，光束就会被晶体牢牢束“缚住”，只能在晶体间不断震荡。科学家就是利用这个巧妙的方法，成功将光线储存一个小时，打破之前德国科学家一分钟的记录。

 

 

科学家将600m的光脉冲储存在这个只有5mm厚的晶体当中

 

光是现代信息传输的基本载体，光纤网络已遍布全球。光的存储在量子通信领域尤其重要，因为用光量子存储可以构建量子中继，从而克服传输损耗建立远程通信网。

 

06

中国首条采用移动闭塞系统的重载铁路成功运行

 

6月19日，我国重载铁路技术实现重大突破性进展。我国采用移动闭塞技术体系的重载列车成功发车运行，标志着朔黄铁路成为我国第一条采用移动闭塞系统的重载铁路。

 

 

移动闭塞是国际铁路公认的提升安全指标和提高运输效率的最佳控制系统，通过控制同一条铁路上多列列车安全间隔时间，防止列车追尾事故的发生。

 

朔黄铁路重载移动闭塞系统，历经八年的关键技术攻关、核心设备研制及装备研究，扩大试验与工程化应用研究，实现了符合我国实际运营需求的重载移动闭塞体系、面向重载铁路复杂场景的移动闭塞安全防护技术、基于无线通信和北斗卫星的重载列车再定位技术、面向重载移动闭塞的全过程安全综合保障技术的“四个创新”，为重载铁路运能和效率提升提供了成套解决方案。

 

07

中国能源装备领域获重大突破

 

今年我国首台套然气长输管道国产30兆瓦级燃驱压缩机组成功鉴定验收。该机组性能完全满足我国天然气管道的建设与运行要求，达到了国际先进水平，实现了我国能源装备领域的重大突破。

 

 

燃气轮机驱动压缩机组(简称“燃驱压缩机组”)表现出了良好的性能和运行可靠性，其性能达到了国际同类产品先进水平，关键生态指标——氮氧化物排放优于进口现役机组。在可靠性方面，“千小时故障停机次数”指标也优于进口机组同期水平。

 

长期以来，我国没有成熟的大功率工业型燃气轮机产品，国内天然气长输管道燃驱压缩机组长期依赖进口，设备采购和运行维护费用居高不下，国家能源输送受制于人。而30兆瓦级燃驱压缩机组的研制成功，打破了国外技术垄断、填补了国内空白，对于实现能源核心装备自主可控、保障国家能源战略安全具有重要意义。

 

08

中国研发全球最大量子比特数的超导量子体系「祖冲之号」

 

5月8日，全球最大量子比特数的超导量子体系，在中国诞生了！

 

这无疑是一次重大突破：中国科学家成功研发出62比特的超导量子计算原型机「祖冲之号」，目前国际上超导量子比特数量最多，并在此基础上实现了可编程的二维量子行走。

 

 

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，图源：科研团队

 

“祖冲之号”究竟有多领先？

 

以前谷歌的“量子计算机”，不是号称实现“量子霸权”了吗？它仅仅用了短短200秒，就完成世界最强大的超级计算机花费1万年所需的计算量，计算速度堪称“恐怖”！但与“祖冲之号”相比，谷歌的“量子计算机”不过如此。

 

衡量“量子计算机”的能力，主要是它能够操纵的超导量子比特数量，量子比特数量越多，量子计算机的能力就越强，而且还是指数级地增强。谷歌“量子计算机”可操纵的超导量子比特数量，是53个，“祖冲之号”能达到62个，比谷歌的多出9个！

 

09

中国现场光纤量子通信突破500公里量级

 

近日，中国科大潘建伟团队创世界纪录，我国现场光纤量子通信突破500公里量级。

 

潘建伟团队利用中科院上海微系统所尤立星小组研制的超导探测器，基于“济青干线”现场光缆，突破现场远距离高性能单光子干涉技术，分别采用激光注入锁定实现了428公里双场量子密钥分发（TF-QKD），同时利用时频传递技术实现了511公里TF-QKD。

 

 

图片来源：中国科学技术大学官网

 

该研究成果成功创造了现场光纤无中继QKD最远距离新的世界纪录，在超过500公里的光纤成码率打破了传统无中继QKD所限定的成码率极限，即超过了理想的探测装置（探测器效率为100%）下的无中继QKD成码极限。

 

上述的工作在实际环境中证明了TF-QKD的可行性，并为实现长距离光纤量子网络铺平了道路。

 

10

我国初步掌握火箭长筒段研制技术

 

2021年2月，我国首个3.35米直径火箭长筒段贮箱在八院800所问世，经过各项检测和强度试验考核合格，基本具备工程应用条件。

 

 

该贮箱采用了5米级长筒段，首次实现了国内近2米级筒段向5米级筒段的重大跨越，标志着我国已初步掌握长筒段研制技术，火箭在高质量、高效率、低成本研制上又取得重大突破。

 

长筒段将现有多个筒段整合为一，有效提高了火箭结构的可靠性。尤为重要的是，生产效率可提高30%以上，研制成本可降低20%以上。

 

结语：

 

2021年，中国在极端的国际大环境中取得优异成绩，在一系列重大科技和高端制造领域取得重大突破，是偶然也是必然。未来，期待更多中国的先进设备面世，也期待祖国经济踏上新征程，实现新突破。

 

来源 | 知乎（作者：华秋元器件）