12月20日，《科技日報》盤點了2021年中國科技的重大突破，共有十項科技成果入選，中國科大三項成果入選！
2021年已經步入尾聲，過去的一年是科技界屢創新高、收穫滿倉的一年。這一年，恰逢中國共產黨百年華誕，我國科技界更是取得多項重要突破。量子計算獲得重大進展，使我國成為唯一在兩個物理體系中實現量子計算優越性的國家；「中國天眼」正式向全世界開放，盡顯大國風度；成功實現二氧化碳人工合成澱粉，為人類未來提供了全新的可能……
這一年，是科技工作者們步履不停的一年，他們在追尋科學真理的道路上百折不撓，不斷刷新著人類所能達到的新高度。科技界必將乘著時代的東風再啟航，向著更加多姿多彩的未來昂首前進。
「九章」「祖衝之」上新 在兩個物理體系實現量子優越性
研發具有實用價值的量子計算機，一直是量子計算領域最重要的發展目標之一，也是當下各國競相角逐的焦點。過去一年，我國在量子計算機研發領域取得了多項重大進展。
2月27日，國際權威期刊《科學進展》發表成果，由國防科技大學、軍事科學院、中山大學等機構研究人員研發出的一款新型可編程矽基光量子計算晶片，實現了多種圖論問題的量子算法求解，有望未來在大數據處理等領域獲得應用。
5月7日，《科學》雜誌發表中國科學技術大學潘建偉團隊研究成果，其成功研製出了量子計算原型機「祖衝之號」，操縱的超導量子比特達到62個，並在此基礎上實現了可編程的二維量子行走。該成果為在超導量子系統上實現量子優越性，以及後續研究具有重大實用價值的量子計算奠定了技術基礎。
二維超導量子比特晶片示意圖, 每個橘色十字代表一個量子比特。圖片來源：潘建偉團隊
10月底，潘建偉團隊進一步研製出了66比特的可編程超導量子計算原型機「祖衝之2.0」，在隨機線路採樣任務上實現了量子計算優越性，所完成任務的難度較2019年穀歌「懸鈴木」高出2—3個數量級。
與此同時，潘建偉團隊升級版的「九章2.0」也極大提高了其量子優勢，對於高斯玻色採樣問題，1年前的「九章」一分鐘可以完成的任務，世界上最強大的超級計算機需要花費億年時間；而「九章2.0」一分鐘完成的任務，超級計算機花費的時間要再增加百億倍。並且「九章2.0」還具有了部分可編程的能力。
「九章2.0」和「祖衝之2.0」的出現，使我國成為唯一在兩個物理體系中實現量子計算優越性的國家。
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光存儲時間達1小時 向量子U盤邁出重要一步
4月，中國科學技術大學郭光燦團隊李傳鋒、周宗權研究組將光存儲時間提升至1小時，大幅刷新2013年德國團隊所創造的光存儲1分鐘的世界紀錄，向實現量子U盤邁出重要一步。該成果於4月下旬發表於權威學術期刊《自然·通訊》。
資料圖。圖片來源：pixabay
光已成為現代信息傳輸的基本載體。光速高達每秒30萬公裡，「降低」光速乃至讓光「停留」下來，是國際學術界一直不懈奮鬥的目標。光的存儲在量子通信領域尤其重要，通過將光子儲存在超長壽命的量子存儲器即量子U盤中，實現通過直接運輸量子U盤的方式來傳輸量子信息。而考慮到飛機和高鐵等交通工具的速度，量子U盤的光存儲時間至少需達到小時量級。
李傳鋒、周宗權研究組2015年便自製光學拉曼外差探測核磁共振譜儀，依託該儀器，其精確刻畫了摻銪矽酸釔晶體光學躍遷的完整哈密頓量，並在理論上預測了一階塞曼效應為零（ZEFOZ）磁場下的能級結構。
未來，依靠更加成熟的量子U盤，人類有望實現基於經典交通運輸工具的量子信息傳輸，從而建立起一種全新的量子信道。
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11月初，中國科學技術大學幾何物理中心創始主任陳秀雄教授與合作者程經睿在偏微分方程和復幾何領域取得裡程碑式結果，其解出了一個四階完全非線性橢圓方程，成功證明強制性猜想和測地穩定性猜想這兩個國際數學界60多年懸而未決的核心猜想，解決了若干有關凱勒流形上常標量曲率度量和卡拉比極值度量的著名問題。兩篇論文發表於國際著名刊物《美國數學會雜誌》。
幾何物理中心創始主任陳秀雄教授（中）與程經睿（左）在一起。安徽網陶冬青 攝
凱勒流形上常標量曲率度量的存在性，是過去60多年來幾何中的核心問題之一。關於其存在性，有三個著名猜想——穩定性猜想、強制性猜想和測地穩定性猜想。經過近20年來眾多著名數學家的工作，強制性猜想和測地穩定性猜想中的必要性已變得完全清晰，但其充分性的證明在此之前被認為遙不可及。
求出一類四階完全非線性橢圓方程的解，就能證明常標量曲率度量的存在性。陳秀雄、程經睿的工作恰恰就是在K-能量強制性或測地穩定性的假設下，證明了這類方程解的存在。他們不僅求出了方程的解，而且建立了一套系統研究此類方程的方法，為探索未知的數學世界提供了一種新工具。此外，他們還給出了環對稱凱勒流形上穩定性猜想的證明，將唐納森在環對稱凱勒曲面上的經典定理推廣到了高維，並對一般穩定性猜想的證明提出可能的解決方案，讓一般穩定性猜想的完全解決成為可能。
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