回顧2023年，科技領域涌現(xiàn)出了許多令人振奮的新突破：以chat-gpt為代表的生成式人工智能開始狂飆，沉寂已久的阿爾茨海默病新藥和瘧疾疫苗研發(fā)取得了進展，“九章三號”刷新了量子計算優(yōu)越性的世界紀錄，歐幾里德空間望遠鏡開始了探索暗物質的旅程……讓我們一起來看看過去一年人類在科技領域取得的里程碑式成果。
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生成式人工智能技術迭代突破
自2022年11月30日，OpenAI發(fā)布劃時代的人工智能技術驅動自然語言處理工具ChatGPT以來，生成式人工智能的賽道上爭奪便開始了。眾多“選手”踴躍而出，相互競逐。
△ChatGPT 圖據(jù)視覺中國
2023年2月7日，百度官宣新一代大語言模型文心一言（英文名： ERNIE Bot）。同年3月15日，OpenAI正式推出GPT-4，相比于上一代，它的文字輸入限制提升到了2.5萬字；訓練數(shù)量更大；支持多元的輸出輸入形式；在專業(yè)領域的學習能力更強。同年12月6日，谷歌宣布推出人工智能模型Gemini。據(jù)谷歌介紹，從自然圖像、音頻、視頻理解到數(shù)學推理，Gemini Ultra在32個常用的學術基準的30個上領先GPT 4。而在MMLU（大規(guī)模多任務語言理解）測試中，Gemini Ultra以90.0%的高分，成為第一個超過人類專家的模型。
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“九章三號”光量子計算原型機成功構建
2023年10月11日，中國科學技術大學潘建偉、陸朝陽等組成的研究團隊與中國科學院上海微系統(tǒng)與信息技術研究所、國家并行計算機工程技術研究中心合作，宣布成功構建255個光子的量子計算原型機“九章三號”，刷新了光量子信息的技術水平和量子計算優(yōu)越性的世界紀錄。
△“九章三號”光量子計算機 圖據(jù)新華社
“九章三號”在處理高斯玻色取樣的速度比上一代“九章二號”提升一百萬倍，“九章三號”1微秒可算出的最復雜樣本，當前全球最快的超級計算機“前沿”（Frontier）約需200億年。
量子計算是后摩爾時代的一種新的計算范式，它在原理上具有超快的并行計算能力，可望通過特定量子算法在一些具有重大社會和經(jīng)濟價值的問題方面相比經(jīng)典計算機實現(xiàn)指數(shù)級別的加速。因而，研制量子計算機是當前世界科技前沿的最大挑戰(zhàn)之一。
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美國國家點火裝置實現(xiàn)核聚變“凈能量增益”
2022年12月5日，美國勞倫斯利弗莫爾國家實驗室（Lawrence Livermore National Laboratory）的“國家點火裝置”（NIF）首次成功在核聚變反應中實現(xiàn)“凈能量增益”使用192束強大的激光束擊中了只有胡椒大小的氫同位素的固體目標。實驗向目標輸入了2.05兆焦耳的能量，產(chǎn)生了3.15兆焦耳的聚變能量輸出，能量增益達到153%。2023年8月6日，勞倫斯利弗莫爾國家實驗室再次完成核聚變點火實驗，并實現(xiàn)凈能量增益突破。
△美國國家點火裝置 圖據(jù)網(wǎng)絡
自1958年科學家向世界公布核聚變研究以來，人類孜孜不倦地希望通過在地球上復制核聚變的過程，來獲得幾乎無限的清潔、安全和廉價的能源。而在此之前，科學家遲遲未能攻克第一道攔路虎：如何讓核聚變產(chǎn)出的能量大于觸發(fā)反應所投入的能量。
因此，在美國能源部證實美國科學家已經(jīng)實現(xiàn)了核聚變產(chǎn)出大于投入的“凈能量增益”后，立刻引發(fā)了科學界的轟動。在世界正面臨化石能源導致的氣候危機之下，坊間更有樂觀的議論認為，一勞永逸地解決能源問題已經(jīng)出現(xiàn)曙光。
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中國高海拔宇宙射線探測裝置（拉索）通過驗收
2023年5月10日，我國家重大科技基礎設施高海拔宇宙線觀測站（LHAASO，拉索）順利通過國家驗收。拉索是世界上海拔最高、規(guī)模最大、靈敏度最強的宇宙射線探測裝置。
拉索位于中國四川省稻城縣海子山，占地面積約1.36平方公里。其核心科學目標是探索高能宇宙線起源以及相關的宇宙演化和高能天體活動，并尋找暗物質；廣泛搜索宇宙中尤其是銀河系內(nèi)部的伽馬射線源等。
△高海拔宇宙線觀測站（LHAASO，拉索）
2023年11月16日，我國高海拔宇宙線觀測站“拉索”（LHAASO）正式發(fā)布迄今最亮的伽馬射線暴GRB 221009A的高能伽馬輻射的精確能譜。該能譜挑戰(zhàn)了傳統(tǒng)的伽馬暴余輝的標準輻射模型，揭示出宇宙背景光在紅外波段強度低于預期，為檢驗愛因斯坦相對論的適用范圍、探索暗物質候選粒子軸子等提供了重要信息。
對于高能區(qū)域來說，人類的天空是黑暗的，人類從沒有看清過。拉索的出現(xiàn)，為人類打開了一個新的觀測窗口，人類從此進入了超高能伽馬天文學時代。
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“靈長類基因組計劃”取得重大突破
6月2日，《科學》等國際期刊發(fā)布11篇關于非人靈長類動物起源和演化的論文，取得了多項成果。這11篇論文歸屬于“靈長類基因組計劃”，該項計劃由中國科學家提出、多個國家共同參與，擬研究人類在內(nèi)的靈長類物種的起源和分化過程，以及靈長類社會組織和各種生理特征的演化和遺傳基矗目前，該研究取得了階段性成果：分析了14科38屬共50種靈長類動物的基因組數(shù)據(jù)；推斷出所有靈長類的最近共同祖先出現(xiàn)在大約6829萬年至6495萬年前；修正了人類8號染色體起源的假說……“靈長類基因組計劃”取得的重大科學突破，將使我們更好地認識靈長類早期到現(xiàn)代人的整個演化歷程。
△“靈長類基因組計劃”取得重大進展 圖源：視覺中國
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中科院團隊成功開發(fā)柔性單晶硅太陽電池
2023年5月24日，中國科學院上海微系統(tǒng)所劉文柱等在《自然》發(fā)表論文Flexible solar cells based on foldable silicon wafers with blunted edges，團隊開發(fā)出一種單晶硅太陽電池邊緣圓滑處理技術，將硅片邊緣的表面和側面尖銳的“V”字形溝槽處理成平滑的“U”字形溝槽，顯著提升硅片的“柔韌性”：60微米厚度的單晶硅太陽能電池可折疊、可重復彎曲，彎曲角度超過360度；并在量產(chǎn)線驗證了批量生產(chǎn)的可行性。
該成果將單晶硅這種脆性材料做得可以像A4紙那樣折起來，同時工業(yè)尺寸單晶硅太陽電池效率達到24.5%。這種高效、輕質、大面積、低成本柔性太陽電池未來可以滿足可穿戴電子、移動通信、車載移動能源、光伏建筑一體化、航空航天等眾多領域的需求。
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阿爾茨海默病新藥研發(fā)迎來突破
數(shù)據(jù)顯示，全球阿爾茨海默病患者數(shù)量在持續(xù)增長，但醫(yī)學界一直未能開發(fā)出理想的治療方案。不過在今年，針對阿爾茨海默病的藥品研發(fā)取得了重要進展。7月6日，名為“侖卡奈單抗”（Lecanemab）的靶淀粉樣蛋白藥取得了美國食品藥品監(jiān)督管理局的“完全批準”。淀粉樣蛋白在阿爾茨海默病患者的腦中形成并聚集成塊，研究認為其是導致阿爾茨海默病的元兇，侖卡奈單抗則是一種用來消除淀粉樣蛋白以控制疾病進程的藥物。臨床試驗中，患者在接受侖卡奈單抗治療18個月后，其認知衰退的幅度對比不用藥者減緩了27%。未來，科學家們將繼續(xù)深入淀粉樣蛋白研究，并研發(fā)更加有效的療法和藥品。
△阿爾茨海默病新藥研發(fā)迎來突破 圖源：視覺中國
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歐幾里德空間望遠鏡發(fā)射升空
北京時間7月1日，由歐洲航天局（ESA）主導的歐幾里得空間望遠鏡從美國佛羅里達州發(fā)射升空。此前，歐洲航天局于2009年發(fā)射的普朗克空間望遠鏡已完成宇宙微波背景輻射圖譜的繪制，并計算出暗物質和暗能量所占比例。歐幾里得空間望遠鏡將進一步揭示宇宙物質分布及宇宙演變過程，推斷暗物質和暗能量屬性，增進人類對重力及宇宙運行的了解。
由來自歐洲、美國、加拿大和日本300多個研究所的2000多名科學家組成的歐幾里得聯(lián)盟團隊將對數(shù)十億個星系的圖像和距離進行精確分析，并幫助創(chuàng)建有史以來最大的3D天空地圖。
△歐幾里德望遠鏡拍攝的螺旋星系 圖源：視覺中國
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世界首款瘧疾疫苗投入廣泛使用
世界首款瘧疾疫苗在今年終于投入大規(guī)模使用，成為人類抗擊瘧疾史上的里程碑事件。據(jù)英國《衛(wèi)報》7月6日報道，全球疫苗免疫聯(lián)盟（GAVI）、世界衛(wèi)生組織 (WHO) 和聯(lián)合國兒童基金會（UNICEF）于7月5日發(fā)表了一份聯(lián)合聲明，宣布其聯(lián)合組織的分配機制已決定將全球首款瘧疾疫苗的首批1800萬劑次分配給兒童患病和死亡風險最高的12個國家，數(shù)十萬名患兒的生命有望被挽救。該瘧疾疫苗被命名為RTS,S，自2019年以來在加納、肯尼亞和馬拉維進行了第三期臨床試驗后的額外大規(guī)模試點。在向多達170萬名患兒接種后，該疫苗被宣布為“安全且有效”，可減少死亡率和重病率。
△世界上第一個瘧疾疫苗(RTS, S) 圖源：視覺中國
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通電時空加熱（STH）方法實現(xiàn)塑料回收新方式
2023年4月19日，馬里蘭大學胡良兵教授與普林斯頓大學琚詒光教授在《自然》（Nature）發(fā)表題為Depolymerization of plastics by means of electrified spatiotemporal heating的論文，提出一種通電時空加熱（STH）方法實現(xiàn)塑料解聚，即利用空間和時間上的加熱效應，從商品塑料（聚丙烯（PP）和聚對苯二甲酸乙二醇酯（PET））中生成單體，可防止反應接近化學平衡、防止副反應的發(fā)生，過程中無需催化劑；使用這種方法，研究人員將PP和PET解聚成相應的單體，產(chǎn)率分別約為36%和43%。
解決塑料垃圾問題是當今社會重點關注的問題，但現(xiàn)在許多商品塑料因難以控制反應進程和途徑不能使用傳統(tǒng)的熱化學方法進行選擇性解聚。使用STH方法為全球塑料垃圾問題提供解決方案，除了解聚塑料外還可以擴展到回收或升級各種其他合成聚合物，如用于制造織物和橡膠的聚合物等。
封面新聞編輯 蔡宇霆 黎文強 綜合整理
海報制作 蘇佳馨
