2020年中国、世界十大科技进展新闻揭晓 机器学习、室温超导等入选

由中国科学院、中国工程院主办，中国科学院学部工作局、中国工程院办公厅、中国科学报社承办，腾讯集团发展研究办公室协办的中国科学院院士和中国工程院院士投票评选的2020年中国十大科技进展新闻、世界十大科技进展新闻，2021年1月20日在京揭晓。

此项年度评选活动至今已举办了27次，旨在使公众进一步了解国内外科技发展的动态，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分别是：嫦娥五号探测器完成我国首次地外天体采样返回之旅，科学研究启动；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；深潜再传捷报，我国无人潜水器和载人潜水器均取得新突破；我国率先实现水平井钻采深海可燃冰；科学家找到小麦“癌症”克星；科学家达到“量子计算优越性”里程碑；科学家重现地球3亿多年生物多样性变化历史；我国最高参数“人造太阳”建成；科学家攻克20余年悬而未决的几何难题；机器学习模拟上亿原子：中美团队获2020高性能计算应用领域最高奖项戈登贝尔奖。

2020年世界十大科技进展新闻分别是：科学界完成迄今最全面癌症基因组分析；人造叶绿体研制成功；人工智能首次成功解析蛋白质结构；新型催化剂将二氧化碳变为甲烷；脑—机接口技术助瘫痪男子重获触觉；科研人员绘出迄今最大三维宇宙结构图；美研究人员在超高压下实现室温超导；“基因魔剪”首次直接用于人体试验；引力波探测器发现迄今最强黑洞合并事件；冷冻电镜技术突破原子分辨率障碍。
其中与材料相关的科技进展有：

机器学习模拟上亿原子：中美团队获2020高性能计算应用领域最高奖项戈登贝尔奖

机器学习+物理模拟+高性能计算=新的科学范式。贾伟乐供图

2020年11月19日下午，由中国科学院计算技术研究所贾伟乐副研究员、中国科学院院士鄂维南、北京大数据研究院张林峰研究员及其合作者共同完成的应用成果获得国际高性能计算应用领域最高奖——戈登贝尔奖。

该项工作在国际上首次采用智能超算与物理模型的结合，引领了科学计算从传统的计算模式朝着智能超算的方向前进。

据悉，第一性原理分子动力学以其高精度和算法复杂著称，长期以来，其计算的空间尺度和时间尺度受算法和算力限制，即使利用世界上最快的超级计算机，也只能计算数千原子体系规模。

该成果通过高性能计算和机器学习将分子动力学极限提升了数个量级，达到了上亿原子的体系规模，同时仍保证了「从头算（ab initio）」的高精度，且模拟时间尺度较传统方法至少提高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了更大尺度的材料模拟中，有望在将来为力学、化学、材料、生物乃至工程领域解决实际问题发挥更大作用。

相关文献：https://arxiv.org/abs/2005.00223

新型催化剂将二氧化碳变为甲烷

一种新的催化剂增加了利用可再生能源产生甲烷的希望。图源/MEHMETCAN

研究人员一直试图模仿光合作用，利用太阳的能量制造化学燃料。现在，美国科学家开发出一种新型铜-铁基催化剂，可借助光将二氧化碳转化为天然气主要成分甲烷，这一方法是迄今最接近人造光合作用的方法。

研究人员称，新催化剂如获进一步改良，将降低人类对化石燃料的依赖。2020年1月出版的美国《国家科学院院刊》报道了这种新型催化剂，作为将二氧化碳转化为甲烷的光驱动催化剂，其效率和产量是有史以来最高的。

相关文献：https://www.pnas.org/content/117/3/1330

美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，在室温下实现超导。图源/ADAM FENSTER

2020年10月16日，美国的一个科研团队在《自然》杂志发表研究成果。该团队在超高压下的一种氢化物材料中观察到室温超导现象，这一新突破让研究人员朝着创造出有极优效率的电力系统迈进了一步。近年来超导研究的进展已表明，富氢材料在高压下可将超导温度提高至零下23摄氏度左右。

美国罗切斯特大学科研人员在实验室中将可实现零电阻的温度提高到了15摄氏度，这个效果在2670亿帕斯卡压力下的一个光化学合成三元含碳硫化氢系统中被观察到，这个压力约是典型胎压的100万倍，并且达到了实验中实现的最高压力值。

相关文献：https://www.nature.com/articles/s41586-020-2801-z

冷冻电镜技术突破原子分辨率障碍

冷冻电镜揭示了去铁铁蛋白的原子细节。图源/PAUL EMSLEY

如果想绘制出蛋白质最微小的部分，科学家通常需要使数百万个单个蛋白质分子排列成晶体，然后用X射线晶体学分析它们；或者快速冷冻蛋白质的副本，然后用电子轰击它们，这是一种低分辨率的方法，叫做冷冻电镜技术。

在电子束技术、探测器和软件进一步的帮助下，来自英国和德国的两组研究人员将分辨率缩小到1.25埃或更小，这已经足以计算出单个原子的位置。

增强的分辨率或使更多的结构生物学家选择使用冷冻电镜技术。目前，这项技术只适用于异常坚硬的蛋白质。下一步，研究人员将努力在刚性较小、较大的蛋白质复合物（如剪接体）中达到类似清晰程度的分辨率。相关论文于2020年10月21日发表在《自然》。

相关文献：https://www.nature.com/articles/s41586-020-2829-0

文章来源：

科学网 http://news.sciencenet.cn/zt/ss2020/