由中国科学院、中国工程院主办，中国科学院局、中国工程院办公厅、中国科学报社承办，中国科学院、中国工程院院士投票，腾讯集团发展研究室协助，2020年中国科技进步十大新闻和世界科技进步十大新闻于2021年1月20日在北京揭晓。
这一年度评选活动至今已举办27届。成果被新闻媒体广泛报道，在社会上产生了强烈反响，使公众更多地了解了国内外科技发展情况，对普及科学技术起到了积极作用。
2020年中国十大科技进展新闻
一个
嫦娥五号探测器完成中国首次地外天体采样返回之旅，科学研究开始。
嫦娥五号着陆器与上升器组合着陆后全景相机的环形成像。照片由国家航天局提供
11月24日4时30分，我国成功发射探月工程嫦娥五号探测器，并于12月1日晚在预选着陆区着陆。月球土壤采样结束后，嫦娥五号上升器于12月3日从月球表面起飞，嫦娥五号返回器于12月17日1时59分在内蒙古四子王旗预定区域成功着陆，标志着我国首次地外天体采样返回任务圆满完成。
随后，重达1731克的嫦娥五号样品移交给中国科学院，它将在位于国家天文台的“月球样品实验室”进行存储、处理和分析，正式开启月球样品和科学数据的应用和研究。
嫦娥五号任务作为我国复杂程度最高、技术跨度最大的空间系统工程，对我国提升空间技术水平、完善探月工程体系、开展月球科学研究、组织后续月球和星际探测任务具有里程碑式的意义。
2
北斗三号最后一颗全球组网卫星发射成功，北斗全球系统星座部署完成。
发射地点。徐虎摄
6月23日9时43分，我国在西昌卫星发射中心用长征三号乙成功发射北斗系统第55颗导航卫星、北斗三号最后一颗全球组网卫星。
此次发射的北斗导航卫星及配套运载火箭分别由中国航天科技集团公司所属中国技术研究院[/k0/]和中国运载火箭技术研究院研制。中科院微小卫星创新研究所等多家研究所全方位参与研发。
这是长征系列运载火箭的第336次飞行。在测控、地面运行控制、星间链路管理、应用验证等系统的大力支持下，此前发射的在轨卫星已全部联网。至此，北斗三号全球卫星导航系统星座部署比原计划提前半年全面完成。
三
深潜利好消息:我国无人潜航器和载人潜航器取得新突破。
“海都一号”。中国科学院沈阳自动化研究所供图
6月8日，由中科院沈阳自动化所研制的自主水下航行器“海都一号”搭载“探索一号”科考船海试归来。本航次，“海都一号”在马里亚纳海沟实现了近海底自主导航探测和着陆作业，最大下潜深度10907米，填补了我国万米级无人潜水器的空白。
“奋进”。钟702供图
11月28日，由中国船舶工业集团公司第702研究所牵头，中科院深海科学与工程研究所等多家科研机构联合研制的“奋进”号全海深载人潜水器随“探索一号”科考船返航。
“奋进”号在马里亚纳海沟成功着陆，创造了中国载人深潜10909米的新纪录，标志着中国在载人深潜领域达到世界领先水平。此外，它还帮助科学家了解深海海底生物、矿藏、海山火山岩的物质组成和成因，以及深海海沟在调节气候方面的作用。
四
中国率先钻水平井开采深海可燃冰。
蓝鲸二号平台。中国地质调查局供图
3月26日，自然资源部召开中国海域天然气水合物第二次试采成果视频会议。发布会透露，本次试生产日前取得成功，超额完成目标任务。天然气水合物通常被称为可燃冰。在水深1225米的南海神狐海域试开采，创造了“总产气量86.14万立方米，日均产气量2.87万立方米”两项世界新纪录。
在此次试开采中，科研人员还自主研发了一套实现天然气水合物勘查开采产业化的关键技术装备体系，创造了独特的环境保护和监测体系，自主创新形成了环境风险防控技术体系。
本次试采攻克了深海浅软地层水平井钻采核心技术，实现了从勘探试采到实验试采的重大跨越，取得了产业化进程中的标志性成果。中国也成为世界上第一个采用水平井钻采技术在该海域试采天然气水合物的国家。
五
科学家发现小麦癌症的克星
感染赤霉病的小麦。山东农业大学孔令让团队供图
小麦赤霉病是一种世界性的毁灭性真菌病害，难以控制。它被称为小麦的“癌症”。山东农业大学农学院教授、山东省现代农业产业技术体系小麦创新团队首席专家孔令让及其团队首次从小麦的近缘植物长穗偃麦草中克隆了抗赤霉病主效基因Fhb7，并成功转入小麦品种。首次证实和验证了FHB7在小麦抗病育种中不仅具有稳定的赤霉病抗性，而且具有广谱解毒功能。相关研究成果于4月10日在线发表在《科学》杂志上。
目前，已有30多个单位利用抗赤霉病种质材料进行小麦赤霉病抗性遗传改良，并在山东、河南、江苏、安徽等地进行了大面积试验，效果良好。上述成果为解开疮痂病这一世界性难题找到了一把“金钥匙”。
六
科学家达到里程碑“量子计算的优越性”
光量子干涉物理示意图:左下部分为输入光学部分，右下部分为锁相光路，上部分输出100个光模，通过低损耗单模光纤与100个超导单光子探测器相连。中国科学技术大学潘建伟、陆朝阳供图
中国科学技术大学潘建伟、陆朝阳与中科院上海微系统与信息技术研究所、国家并行计算机工程技术中心研究人员合作，构建了76个光子的量子计算“第九章”原型，实现了具有实用前景的高斯玻色采样任务的快速求解，使我国成功到达量子计算研究的第一个里程碑——量子计算的优越性，为实现能够解决具有重大实用价值问题的大型量子模拟器奠定了技术基础。相关结果于12月4日在线发表在《科学》杂志上。
七
科学家再现地球300多万年的生物多样性变化历史。
古生代海洋生物多样性曲线和重要演化事件。南京大学供图
生命的起源和进化是世界十大科学之谜之一。99%以上曾经生活在地球上的生物已经灭绝。通过化石记录重建生物多样性变化的历史，是了解当今人类生存的地球生物多样性现状和发展趋势的重要途径。
南京大学范隽轩教授、沈院士等。建成大规模数据库，自主研发人工智能算法，利用“天河二号”超级计算机取得突破，获得世界首个3亿多年高精度古生代海洋生物多样性变化曲线，分辨率比国际同类研究高400倍。
新曲线准确地描绘了地质历史中许多重大生物灭绝和辐射事件及其与环境变化的关系。该结果以一篇长文的形式发表在1月17日的《科学》杂志上。
八
中国最高参数“人造太阳”建成。
中国循环器2号M机组。中核集团西南物理研究所供图
中国新一代受控核聚变研究装置“中国环流器II M”12月4日在成都正式放电，标志着中国正式进入全球受控核聚变研究前沿。HL-2M将进一步加快人类探索未来能源的步伐。
该工程由中国核工业西南物理研究院设计建造。据悉，该装置是目前国内规模最大、参数最高的先进托卡马克装置，是我国新一代先进磁约束核聚变实验研究装置。采用更先进的结构和控制方式，等离子体体积是国内现有装置的两倍以上，等离子体电流容量提高到2.5兆安培以上，等离子体离子温度可达1.5亿摄氏度，可实现高密度、高比压、高自举电流运行。是实现我国核聚变能源发展跨越式发展的重要支撑装置。
九
科学家们攻克了20多年未解决的几何难题。
解释一下图片。中国科学技术大学供图
中国科学技术大学教授陈秀雄、王冰发表了《高维加里东流的收敛性》论文，率先攻克了几何分析领域20多年来一直悬而未决的核心猜想——Hamilton-Tian猜想和部分零阶估计猜想。
相关结果发表在11月初的《微分几何杂志》上。据了解，论文长度超过120页，从投稿到正式发表需要6年时间。本文介绍了许多新的思想和方法，对几何分析，特别是对Ritchie流的研究产生了深远的影响。
据悉，该论文是几何分析领域的重大进展，或将推动大量相关工作。
10
机器学习模拟亿万个原子:中美团队获得2020年高性能计算应用领域最高奖——戈登·贝尔奖
机器学习+物理模拟+高性能计算=新的科学范式。贾供图
11月19日下午，由中国科学院计算技术研究所副研究员贾、中国科学院院士鄂渭南、北京大数据研究所研究员张及其合作者共同完成的应用成果获得高性能计算应用领域的最高国际奖项奖。
该工作在国际上首次采用智能超级计算与物理模型相结合的方式，引领科学计算从传统计算模式走向智能超级计算。
据报道，第一性原理分子动力学以其高精度和复杂的算法而闻名。长期以来，它计算的空之间的尺度和时间尺度受到算法和计算能力的限制。即使是世界上最快的超级计算机，也只能计算成千上万个原子系统的规模。
该成果通过高性能计算和机器学习，将分子动力学的极限提高了几个数量级，达到了上亿原子的系统规模，同时仍然保证了从头计算的高精度，模拟时间尺度比传统方法至少提高了1000倍。
据了解，基于深度学习的分子动力学模拟，通过高性能计算和机器学习的有机结合，将精确的物理建模带入更大规模的材料模拟，未来有望在解决力学、化学、材料、生物乃至工程等领域的实际问题中发挥更大的作用。
2020年十大世界科技进展新闻
一个
完成科学界最全面的癌症基因组分析。
人类乳腺癌细胞。图/塞西尔·h·福克斯
2月5日，惠康基金会桑格研究所宣布，一个国际团队完成了迄今为止最广泛的癌症基因组分析，这有助于加深研究人员对癌症的了解，并为开发更高效的治疗方案铺平了道路。
这个项目被称为“泛癌症项目”，由来自37个国家的1300多名科学家实施。它旨在研究可能导致癌症的突变基因，并绘制这些基因的完整图谱。该团队分析了38种不同类型肿瘤的2658个完整基因组，获得了丰富的癌症研究遗传数据。
当天，相关成果以20余篇系列报道的形式发表在《自然》杂志及其子期刊上。
2
人工叶绿体研制成功。
在这些90微米的液滴中，叶绿体中的类囊体利用阳光将二氧化碳转化为有机化合物。图/T .米勒
来自德国马克斯·普朗克地球微生物研究所和法国波尔多大学的研究人员5月8日在《科学》杂志上发表了一篇论文。他们通过将菠菜的“光捕捉器”与九种不同生物的酶结合起来，制造了人造叶绿体。这种叶绿体可以在细胞外工作，收集阳光，并利用产生的能量将二氧化碳转化为富含能量的分子。
研究人员希望他们制造的增强光合作用系统最终能够将二氧化碳直接转化为有用的化学物质，或者使转基因植物吸收大气中10倍于普通植物的二氧化碳。
这种新的光合作用将为转基因作物打开一扇新的大门，创造出比现有品种生长更快的新品种。在世界人口爆炸的背景下，这是农业发展的福音。
三
人工智能首次成功解析蛋白质结构。
蓝色是计算机预测的蛋白质结构，绿色是实验验证结果。他们之间的相似度非常高。
生物学中最大的挑战之一——蛋白质三维结构的分析现在有望得到解决。谷歌人工智能公司DeepMind开发的深度学习程序AlphaFold可以准确预测其三维形状。
长期以来，人们需要通过实验来确定蛋白质的完整结构，而这些方法往往需要数月甚至数年的时间。现在人工智能也有能力给出准确的预测计算方法，可能只需要几天甚至半个小时。
11月30日，在蛋白质预测结构挑战赛CASP中，AlphaFold程序在100多个团队中脱颖而出。将深度学习与张力控制算法相结合，并将其应用于结构和基因数据，使用17万个已知蛋白质训练了深度学习网络。
DeepMind的RD团队表示，他们将继续训练AlphaFold，以更好地分析更复杂的蛋白质结构。
四
这种新催化剂将二氧化碳转化为甲烷。
一种新的催化剂增加了从可再生能源中生产甲烷的希望。图/MEHMETCAN
研究人员一直试图模仿光合作用，利用太阳能制造化学燃料。现在，美国科学家开发出一种新型铜铁基催化剂，可以在光的帮助下将二氧化碳转化为天然气的主要成分甲烷。这种方法是迄今为止最接近人工光合作用的方法。
研究人员表示，如果新催化剂得到进一步改进，将会减少人类对化石燃料的依赖。《美国国家科学院院刊》1月刊报道，这种新催化剂作为一种将二氧化碳转化为甲烷的光驱动催化剂，具有有史以来最高的效率和产量。
五
脑机接口技术帮助瘫痪男子重获触觉。
伊恩·伯克哈特(Ian Burckhardt)在2010年遭受严重的脊髓损伤后，在他的运动皮层植入了一个微芯片，并将大脑的电信号转移到一台计算机上，以控制他的手臂，使他能够再次抓住和感觉物体。资料来源/巴特尔纪念研究所
4月23日，俄亥俄州立大学巴泰尔研究中心和韦克斯医学中心的研究团队在《细胞》上发表了一篇论文。他们成功地利用脑机接口系统帮助一名瘫痪病人恢复了手的触觉。
这项技术可以捕捉到人无法感知的微弱神经信号，并通过人工感觉反馈发送回受试者大脑来增强这些信号，从而大大优化受试者的运动功能。
改进后的BCI系统成为第一个同时恢复运动和触觉功能的系统，不仅可以让受试者只通过触觉来感受物体，还可以感受到握住或拿起物体所需的压力。
六
研究人员绘制了迄今为止最大的宇宙三维结构图。
右边的2D星系是通过距离测量确定的，然后放置在3D星图中。来源/图像冒号；斯隆数字巡天
据物理学家组织网7月20日报道，在分析了超过400万个星系和具有巨大能量的超亮类星体后，国际斯隆数字巡天项目发布了迄今为止最大的宇宙三维结构图。
图为由多国研究人员组成的“扩展重子振荡光谱巡天”项目，该项目是世界上最大的星系巡天项目“斯隆数字巡天”的一部分。最新成果是基于全球数十个机构数百名研究人员20多年的合作，eBOSS项目历时数年才完成。
目前理论认为宇宙诞生于约138亿年前的大爆炸。通过理论分析和天文观测，研究人员对宇宙的古代史和近期膨胀史有了很好的认识，但中间有约110亿年的认知差距。研究人员表示，新的成果终于填补了这空的空白，这是宇宙学领域的重大进展。
七
美国研究人员在超高压下实现室温超导。
一种氢、硫和碳的化合物被压在两颗钻石之间，以实现室温下的超导性。图/亚当·芬斯特
10月16日，一个美国研究小组在《自然》杂志上发表了其研究成果。该团队在超高压下观察到氢化物材料的室温超导性。这一新的突破使研究人员朝着创造高效率的电力系统迈出了一步。近年来，超导研究的进展表明，在高压下，富氢材料的超导温度可以提高到-23摄氏度左右。
美国罗切斯特大学的研究人员在实验室中将可以实现零电阻的温度提高到15摄氏度。在光化学合成的三元含碳硫化氢系统中观察到这种效应，压力为2670亿帕斯卡，约为典型轮胎压力的100万倍，并达到实验中达到的最高压力。
八
“基因魔剪”首次直接用于人体试验。
人类视网膜。首次将CRISPR疗法直接用于人体，治疗一名遗传性失明患者。
一名遗传性失明患者成为第一个接受CRISPR-Cas9基因疗法直接人体试验的人。3月初，据英国网站《自然》报道，科学家首次进行临床试验，将CRISPR-Cas9基因疗法直接用于人体，治疗遗传性眼病——莱伯氏先天性黑蒙症。
LCA10是儿童致盲的主要原因，目前尚无治疗方法。CRISPR-Cas9被誉为“基因魔剪”。在最新的实验中，这种基因编辑系统的组成部分将被编码在病毒基因组中，然后直接注射到患者眼睛的近感光细胞中。
这项名为“光明”的最新实验是由俄勒冈健康与科学大学遗传性视网膜疾病专家马克·彭斯(Mark Penles)和美国Editas Medicine共同完成的。他们表示，这项实验是一个里程碑，可以测试这种基因编辑技术去除导致LCA10的基因突变的能力。
九
引力波探测器发现迄今最强黑洞合并事件
黑洞碰撞概念图。来源/科学照片库
引力波探测器探测到了天文学家从未想到的惊人发现——迄今为止我们所知的最大黑洞合并事件。9月2日，《物理评论快报》和《天体物理学杂志快报》分别发表网络文章，介绍了这一发现。
黑洞合并最早发现于2019年5月21日。合并产生的引力波被美国激光干涉引力波天文台和意大利处女座干涉仪探测到。合并事件被命名为GW190521。
这是今年引力波探测器第二次探测到非常规黑洞合并事件。在这次合并中，两个黑洞的质量分别是太阳的85倍和66倍，合并后形成的新黑洞质量接近150个太阳。
10
冷冻电子显微镜技术突破了原子分辨率的障碍
冷冻电子显微镜揭示了去铁铁蛋白的原子细节。图/保罗·艾姆斯利
如果要画出蛋白质的最小部分，科学家通常需要将数百万个单个的蛋白质分子排列成晶体，然后用X射线结晶学进行分析；或者快速冷冻蛋白质的拷贝，然后用电子轰击。这是一种低分辨率的方法，称为冷冻电子显微镜。
在电子束技术、探测器和软件的进一步帮助下，来自英国和德国的两组研究人员将分辨率降至1.25埃或更低，这足以计算单个原子的位置。
提高分辨率或使更多的结构生物学家选择使用冷冻电子显微镜。目前这项技术只适用于极硬的蛋白质。下一步，研究人员将努力在刚性较低和较大的蛋白质复合物中实现类似的分辨率。相关论文发表在10月21日的《自然》杂志上。
来源:科学网
