2020年中國、世界十大科技進展新聞揭曉?機器學習、室溫超導等入選

由中國科學院、中國工程院主辦，中國科學院學部工作局、中國工程院辦公廳、中國科學報社承辦，騰訊集團發展研究辦公室協辦的中國科學院院士和中國工程院院士投票評選的2020年中國十大科技進展新聞、世界十大科技進展新聞，2021年1月20日在京揭曉。

此項年度評選活動至今已舉辦了27次，旨在使公眾進一步了解國內外科技發展的動態，對普及科學技術起到了積極作用。

2020年中國十大科技進展新聞分別是：嫦娥五號探測器完成我國首次地外天體采樣返回之旅，科學研究啟動；北斗三號最后一顆全球組網衛星發射成功，北斗全球系統星座部署完成；深潛再傳捷報，我國無人潛水器和載人潛水器均取得新突破；我國率先實現水平井鉆采深海可燃冰；科學家找到小麥“癌癥”克星；科學家達到“量子計算優越性”里程碑；科學家重現地球3億多年生物多樣性變化歷史；我國最高參數“人造太陽”建成；科學家攻克20余年懸而未決的幾何難題；機器學習模擬上億原子：中美團隊獲2020高性能計算應用領域最高獎項戈登貝爾獎。

2020年世界十大科技進展新聞分別是：科學界完成迄今最全面癌癥基因組分析；人造葉綠體研制成功；人工智能首次成功解析蛋白質結構；新型催化劑將二氧化碳變為甲烷；腦—機接口技術助癱瘓男子重獲觸覺；科研人員繪出迄今最大三維宇宙結構圖；美研究人員在超高壓下實現室溫超導；“基因魔剪”首次直接用于人體試驗；引力波探測器發現迄今最強黑洞合并事件；冷凍電鏡技術突破原子分辨率障礙。
其中與材料相關的科技進展有：

機器學習模擬上億原子：中美團隊獲2020高性能計算應用領域最高獎項戈登貝爾獎

機器學習+物理模擬+高性能計算=新的科學范式。賈偉樂供圖

2020年11月19日下午，由中國科學院計算技術研究所賈偉樂副研究員、中國科學院院士鄂維南、北京大數據研究院張林峰研究員及其合作者共同完成的應用成果獲得國際高性能計算應用領域最高獎——戈登貝爾獎。

該項工作在國際上首次采用智能超算與物理模型的結合，引領了科學計算從傳統的計算模式朝著智能超算的方向前進。

據悉，第一性原理分子動力學以其高精度和算法復雜著稱，長期以來，其計算的空間尺度和時間尺度受算法和算力限制，即使利用世界上最快的超級計算機，也只能計算數千原子體系規模。

該成果通過高性能計算和機器學習將分子動力學極限提升了數個量級，達到了上億原子的體系規模，同時仍保證了「從頭算（ab initio）」的高精度，且模擬時間尺度較傳統方法至少提高1000倍。

據了解，基于深度學習的分子動力學模擬通過高性能計算和機器學習的有機結合，將精確的物理建模帶入了更大尺度的材料模擬中，有望在將來為力學、化學、材料、生物乃至工程領域解決實際問題發揮更大作用。

相關文獻：https://arxiv.org/abs/2005.00223

新型催化劑將二氧化碳變為甲烷

一種新的催化劑增加了利用可再生能源產生甲烷的希望。圖源/MEHMETCAN

研究人員一直試圖模仿光合作用，利用太陽的能量制造化學燃料。現在，美國科學家開發出一種新型銅-鐵基催化劑，可借助光將二氧化碳轉化為天然氣主要成分甲烷，這一方法是迄今最接近人造光合作用的方法。

研究人員稱，新催化劑如獲進一步改良，將降低人類對化石燃料的依賴。2020年1月出版的美國《國家科學院院刊》報道了這種新型催化劑，作為將二氧化碳轉化為甲烷的光驅動催化劑，其效率和產量是有史以來最高的。

相關文獻：https://www.pnas.org/content/117/3/1330

美研究人員在超高壓下實現室溫超導

一種氫、硫和碳的化合物被壓在兩顆鉆石之間，在室溫下實現超導。圖源/ADAM FENSTER

2020年10月16日，美國的一個科研團隊在《自然》雜志發表研究成果。該團隊在超高壓下的一種氫化物材料中觀察到室溫超導現象，這一新突破讓研究人員朝著創造出有極優效率的電力系統邁進了一步。近年來超導研究的進展已表明，富氫材料在高壓下可將超導溫度提高至零下23攝氏度左右。

美國羅切斯特大學科研人員在實驗室中將可實現零電阻的溫度提高到了15攝氏度，這個效果在2670億帕斯卡壓力下的一個光化學合成三元含碳硫化氫系統中被觀察到，這個壓力約是典型胎壓的100萬倍，并且達到了實驗中實現的最高壓力值。

相關文獻：https://www.nature.com/articles/s41586-020-2801-z

冷凍電鏡技術突破原子分辨率障礙

冷凍電鏡揭示了去鐵鐵蛋白的原子細節。圖源/PAUL EMSLEY

如果想繪制出蛋白質最微小的部分，科學家通常需要使數百萬個單個蛋白質分子排列成晶體，然后用X射線晶體學分析它們；或者快速冷凍蛋白質的副本，然后用電子轟擊它們，這是一種低分辨率的方法，叫做冷凍電鏡技術。

在電子束技術、探測器和軟件進一步的幫助下，來自英國和德國的兩組研究人員將分辨率縮小到1.25埃或更小，這已經足以計算出單個原子的位置。

增強的分辨率或使更多的結構生物學家選擇使用冷凍電鏡技術。目前，這項技術只適用于異常堅硬的蛋白質。下一步，研究人員將努力在剛性較小、較大的蛋白質復合物（如剪接體）中達到類似清晰程度的分辨率。相關論文于2020年10月21日發表在《自然》。

相關文獻：https://www.nature.com/articles/s41586-020-2829-0

文章來源：

科學網 http://news.sciencenet.cn/zt/ss2020/