2025中关村论坛年会｜2024年度中国科学十大进展发布，月背样品、智能光芯片等入选

3月27日，国家自然科学基金委员会在2025中关村论坛年会开幕式上发布了2024年度"中国科学十大进展"。本次发布的"中国科学十大进展"主要分布在数理天文信息、化学材料能源、地球环境和生命医学等科学领域。同时，在27日下午举办的2024年度"中国科学十大进展"专家解读会上，行业内多位专家对包括嫦娥六号返回样品揭示月背28亿年前火山活动、实现大规模光计算芯片的智能推理与训练、阐明单胺类神经递质转运机制及相关精神疾病药物调控机理等在内的中国科学十大进展进行了详细解读。

进展一：嫦娥六号返回样品揭示月背28亿年前火山活动

首批月球背面样品的研究成果表明嫦娥六号月壤样品与位于月球正面的阿波罗任务和嫦娥五号任务返回样品存在巨大差异，CE-6月壤密度明显偏低，粒度呈双峰式分布，铝和钙含量高，包含玄武岩、角砾岩、粘结岩、玻璃和浅色岩屑等，月壤的成分与当地玄武岩成分存在较大差异，显示月壤来源的复杂性。当地玄武岩属低钛低铝类型，Sr-Nd-Pb同位素显示其来自极度亏损的月幔源区，形成于约28亿年前的火山喷发。此外，发现一期42亿年前的玄武质火山活动产物，指示月球背面南极-艾特肯盆地存在长期的火山活动历史。28亿年玄武岩的同位素年龄弥补了撞击坑统计定年曲线在20～32亿年间的数据空白。CE-6样品揭示了月球背面样品的独特性，填补了月球背面样品研究的历史空白，为研究月球背面火山活动、撞击历史和月球背面与正面地质差异提供了直接证据，开启了月球研究的新阶段。

进展二：实现大规模光计算芯片的智能推理与训练

针对大规模可重构智能光计算难题，清华大学方璐、戴琼海等摒弃了传统电子深度计算的范式，首创了分布式广度光计算架构，建立干涉-衍射联合传播模型，研制了国际首款大规模通用智能光计算芯片"太极"，实现每焦耳160万亿次运算的系统级能量效率，首次赋能光计算实现自然场景千类对象识别、跨模态内容生成等通用人工智能任务。训练和推理是AI大模型核心能力的两大基石，缺一不可。针对大规模神经网络的训练难题，该团队构建了光子传播对称性模型，摒弃了电训练反向传播范式，首创了全前向智能光计算训练架构，摆脱了对GPU离线训练的依赖，支撑智能系统的高效精准光训练。太极系列芯片实现了大规模神经网络的高效推理与训练，相较于国际先进GPU（依赖7nm先进光刻制程），系统级能效提升了2个数量级，且仅需百纳米级制程工艺。

进展三：阐明单胺类神经递质转运机制及相关精神疾病药物调控机理

中国科学院生物物理研究所赵岩团队，联合中国科学院物理研究所姜道华等，利用冷冻电镜技术揭开了多种关键神经递质转运体的神秘面纱，系统阐明了它们识别并转运神经递质多巴胺、去甲肾上腺素、甘氨酸和囊泡单胺的过程。此外，该研究揭示了神经递质转运体与多种精神疾病药物的精准作用机制，展现了不同神经递质转运体多样化、特异性的药物结合口袋，并发现了新型低成瘾性药物结合位点，为设计副作用小、成瘾性低的精神疾病治疗药物提供了结构基础。该进展不仅深化了对神经递质介导大脑信息传递的理解，也为开发更高效、更安全的精神疾病药物奠定了基础，具有重要的临床转化价值。

进展四：实现原子级特征尺度与可重构光频相控阵的纳米激光器

自1960年美国科学家梅曼成功研制出首台激光器以来，激光技术便在两个极端方向上不断拓展：一方面，向超高功率发展，例如用于可控核聚变的中国神光激光装置。正如钱学森先生形象地描述，这一技术相当于在地球上创造一个"小太阳"，未来有望提供稳定而持久的清洁能源。另一方面，激光器的微型化趋势日益加速。正如晶体管的微缩推动了电子芯片的发展，微型激光器的进步极大促进了光子技术的革新。在这一背景下。北京大学马仁敏等提出了奇点色散方程，建立了介电体系突破衍射极限的理论框架，并成功研制出模式体积最小的激光器——奇点介电纳米激光器，首次将激光器的特征尺度推进至原子级别。此外，他们还基于纳米激光器构建了可重构光频相控阵，使得纳米激光器阵列可以"同步起舞"，生成可重构的任意相干激射图案。相较于常规激光器，纳米激光器具有小体积、低能耗等特点，在信息技术、传感探测等领域具有广阔的应用前景。

进展五：发现自旋超固态巨磁卡效应与极低温制冷新机制

中国科学院理论物理研究所/中国科学院大学苏刚、李伟，中国科学院物理研究所孙培杰和北京航空航天大学金文涛等在三角晶格阻挫量子磁体磷酸钠钡钴中取得了重大突破。研究发现该阻挫量子磁体实现超固态的磁性对应，即自旋超固态。中子谱学给出了其固态序和超流序共存的证据，与理论预测高度符合，这是首次在固体材料中找到自旋超固态存在的可靠实验证据。该团队还发现该自旋超固态的巨磁卡效应，利用其强涨落的量子特性，在磁场调控下成功实现了94 mK（零下273.056摄氏度）的极低温，开辟了无氦-3极低温固体制冷新途径。目前，所研发的固态制冷测量器件已实现了无氦-3条件下的极低温电导测量，最低测量温度达到25 mK。

进展六：异体CAR-T细胞疗法治疗自身免疫病

海军军医大学第二附属医院（上海长征医院）徐沪济、华东师范大学杜冰、浙江大学医学院附属第二医院吴华香和华东师范大学刘明耀等创新性地对来自健康供者的细胞进行基因编辑后研制的异体通用型CAR-T细胞，在保障安全的前提下，成功治疗了2例严重难治性硬皮病和1例炎性肌病患者，取得了显著的疗效，对广泛使用CAR-T细胞疗法和降低其治疗费用起到了极大的推动作用。该研究为CAR-T细胞疗法在其他免疫疾病领域的应用打开了新的大门，有望成为治疗多种免疫系统疾病的常规治疗手段，为全球患者提供更多的治疗选择。同时，该研究具有重要的学术价值，推动了免疫细胞编辑和治疗技术的创新与发展，为细胞治疗产品的研发带来了新的思路。

进展七：额外X染色体多维度影响男性生殖细胞发育

北京大学乔杰、袁鹏、闫丽盈、魏瑗等研究发现，克氏综合征患者的生殖细胞早在胎儿期就已经出现了严重的发育阻滞，并且从多维度揭示了其中的机制：在克氏综合征患者的生殖细胞中，额外X染色体未失活，导致X染色体基因表达过量，从而引发了与维持细胞幼稚状态相关的基因（如WNT和TGF-β通路、多能性、有丝分裂基因）表达上调，而与生殖细胞分化相关的基因（如减数分裂、piRNA代谢、癌睾基因）表达下调，最终导致发育阻滞。此外，支持细胞与生殖细胞之间迁移相关的信号异常，阻碍了生殖细胞向睾丸索基底部迁移，加剧了发育阻滞。该团队还发现抑制TGF-β通路可以促进克氏综合征胎儿生殖细胞分化，从而为克氏综合征不育症的早期治疗提供重要的理论基础。

进展八：凝聚态物质中引力子模的实验发现

南京大学杜灵杰等搭建了极低温强磁场共振非弹性偏振光散射平台。实验使用的样品是砷化镓半导体量子阱，其中的两维电子气在强磁场下形成分数量子霍尔液体。实验测量是一个双光子拉曼散射过程，入射光子被量子液体吸收，然后量子液体再发射出一个光子。由于光子自旋为1，不同自旋的入射及出射光子可以产生自旋为0及+2和―2的元激发，自旋只为+2或―2的激发就是引力子模。最终在分数量子霍尔液体中首次成功观察到引力子模，并发现其具有手性。这是首次探测到具有引力子特征的准粒子。该实验结果从两维空间角度证实了度规扰动的量子是自旋2的低能激发，进而让凝聚态材料成为探索宇宙尺度物理的"人造"实验室，提供了探索解决量子引力问题的新思路。同时该成果证实了分数量子霍尔效应全新的几何描述，开辟了关联物态几何实验研究的新方向，有望对探测半导体电子系统的微观结构及实现拓扑量子计算起到推动作用。

进展九：高能量转化效率锕系辐射光伏微核电池的创制

在我国核能快速发展的背景下，伴随而来的大量核废料中含有半衰期长达数千年到百万年的锕系核素，长期被视为环境负担。为此，苏州大学王殳凹、王亚星和西北核技术研究所/湘潭大学欧阳晓平等提出了一种新型锕系辐射光伏核电池的技术方案，通过创新设计将核废料中锕系核素衰变释放的能量转化为持久电能，实现了变废为宝。

传统辐射光伏核电池在利用锕系核素衰变能时，会受到α粒子自吸收效应的限制，导致能量转换效率较低，难以充分发挥锕系核素所蕴含的巨大能量。为突破这一瓶颈，该团队通过引入"聚结型能量转换器"概念，通过在分子级别上将放射性核素与能量转换单元紧密耦合，从根本上克服了自吸收效应，大幅提升了衰变能转换效率。

进展十：发现超大质量黑洞影响宿主星系形成演化的重要证据

长期以来黑洞如何影响星系的形成演化一直缺乏明确的观测证据，这也成为当前亟待解决的重要科学问题。针对这一重要科学问题，南京大学王涛等创新性地开始探索中心黑洞质量与星系冷气体含量之间的关系。该研究首次揭示了中心黑洞的质量是调制星系中冷气体含量最关键的物理量：中心黑洞质量越高的星系其冷气体含量越低。而冷气体又是星系中恒星形成的原料，因此这一发现对中心黑洞影响星系形成演化提供了重要的观测证据。很大程度上中心黑洞影响宿主星系的恒星形成是通过从源头上限制恒星形成的原料——冷气体的含量来实现的。该结果阐明了宁静星系普遍具有一个较大质量中心黑洞的原因，确立了中心黑洞在调控星系生命周期中的核心地位，向着最终解开星系生死转变的谜团迈出了坚实的一步。

北京商报记者 张君花