12月24日，由科技日報社主辦、部分兩院院士和媒體負責人共同評選的2025年國內(nèi)十大科技新聞揭曉。

其中，中國科學技術大學聯(lián)合國內(nèi)多家科研機構(gòu)共同構(gòu)建的“祖沖之三號”超導量子計算原型機刷新世界紀錄；中國科學院腦科學與智能技術卓越創(chuàng)新中心、復旦大學附屬華山醫(yī)院與企業(yè)合作，實現(xiàn)我國首例侵入式腦機接口臨床試驗，使我國成為全球第二個該技術進入臨床階段的國家；山東農(nóng)業(yè)大學團隊在《細胞》發(fā)文，首次闡明植物單細胞發(fā)育成完整植株的分子機制；北京大學團隊于《自然·電子學》發(fā)布高精度阻變存儲器模擬矩陣計算芯片，實現(xiàn)了精度可媲美數(shù)字系統(tǒng)的模擬計算。

超導量子計算原型機“祖沖之三號”成功構(gòu)建

量子計算在特定任務上擁有超越經(jīng)典計算的強大能力，被認為是下一代信息革命的關鍵技術。

3月3日，國際權(quán)威學術期刊《物理評論快報》發(fā)表的成果顯示，由中國科學技術大學聯(lián)合國內(nèi)多家科研機構(gòu)共同構(gòu)建的超導量子計算原型機“祖沖之三號”打破超導體系量子計算優(yōu)越性世界紀錄。

量子計算優(yōu)越性是驗證量子計算系統(tǒng)超越傳統(tǒng)超級計算機的重要標準，是量子計算具備應用價值的前提條件，也是一個國家量子計算研究實力的直接體現(xiàn)。

“祖沖之三號”芯片示意圖。新華社發(fā)（中國科學技術大學供圖）

經(jīng)測試，“祖沖之三號”完成83比特32層的隨機線路采樣，以目前最優(yōu)經(jīng)典算法為比較標準，計算速度比當前最快的超級計算機快千萬億倍，也比谷歌公開發(fā)表的最新成果快百萬倍，展現(xiàn)出目前該領域中最強的量子計算優(yōu)越性?！段锢碓u論快報》評論認為，其“構(gòu)建了目前最高水準的超導量子計算機”。

“祖沖之三號”包含105個可讀取比特和182個耦合比特，量子比特相干時間達到72微秒，并行單比特門保真度達到99.90%，并行兩比特門保真度達到99.62%，并行讀取保真度達到99.13%，綜合性能達到國際領先水平。

在“祖沖之三號”取得最強量子計算優(yōu)越性后，研發(fā)團隊正繼續(xù)開展量子糾錯、量子糾纏、量子模擬、量子化學等多方面探索。

我國首例侵入式腦機接口臨床試驗開展

侵入式腦機接口技術可以將大腦內(nèi)部的神經(jīng)信號與外部設備精準連接，實現(xiàn)真正的“意念操控”，是當前最為前沿的醫(yī)療技術之一。

6月14日，中國科學院腦科學與智能技術卓越創(chuàng)新中心發(fā)布消息，該中心聯(lián)合復旦大學附屬華山醫(yī)院，與相關企業(yè)合作，成功開展我國首例侵入式腦機接口前瞻性臨床試驗，標志著我國成為全球第二個侵入式腦機接口技術進入臨床試驗階段的國家。

此次臨床試驗受試者植入腦機接口設備后，經(jīng)過2—3周的適應性訓練，便能夠通過意念控制電腦觸摸板，完成打字、發(fā)信息、玩電腦游戲等操作，達到與普通人相近的操控水平。

本次臨床試驗中采用的柔性神經(jīng)電極，具備高密度、大范圍、高通量、長時間的穩(wěn)定在體神經(jīng)信號采集能力，是目前全球最小尺寸、柔性最強的神經(jīng)電極，最大程度降低了對腦組織的損傷。此外，試驗中采用的腦控植入體，僅硬幣大小，同樣為全球最小尺寸，疊加神經(jīng)外科微創(chuàng)術式，有效降低手術期風險，顯著縮短術后康復周期。

在為受試者進行手術前，華山醫(yī)院采用功能性核磁成像定位、人腦圖譜繪制定位、受試者專屬三維模型構(gòu)建等多種腦功能定位方案，繪制了患者大腦運動皮層的詳細功能地圖以確保植入位置的精確性，最大限度確保臨床試驗的安全性和有效性。目前，相關系統(tǒng)運行穩(wěn)定，受試者狀態(tài)良好。

單個體細胞“變”完整植株奧秘揭示

單個體細胞如何發(fā)育成完整植株？這個問題被《科學》雜志列為“最具挑戰(zhàn)的125個關鍵科學問題之一”。

如今，這一問題被中國團隊破解。9月16日，《細胞》在線發(fā)表山東農(nóng)業(yè)大學研究團隊論文，首次揭示了單個體細胞發(fā)育成完整植株背后的分子機制，破解了困擾科學界的植物細胞全能性機制之謎。

早在1902年，植物學家哈伯蘭特就提出植物細胞全能性概念，認為植物的每個細胞均包含該物種全部遺傳信息，在適宜條件下，可以發(fā)育成“全能干細胞”，進而長成完整植株。120多年過去了，這一概念背后的機理始終未被揭示。

自2005年起，研究團隊就以擬南芥這一植物為研究對象，開啟長達20年的探索。經(jīng)過十幾萬次實驗積累，研究團隊大致分“兩步走”發(fā)現(xiàn)了單細胞“再生”植物機理：研究首先發(fā)現(xiàn)，只有擬南芥葉片體細胞內(nèi)合成大量生長素，這個“普通細胞”才能變身“全能干細胞”；在此基礎上又發(fā)現(xiàn)，在葉片氣孔前體細胞特有基因SPCH與人工誘導高表達基因LEC2協(xié)同作用下，體細胞才能合成大量生長素。

中國科學院院士種康認為，該發(fā)現(xiàn)不僅深化了對植物細胞全能性機理的理解，也為破解農(nóng)業(yè)生物技術長期存在的“再生瓶頸”開辟了新路徑。

高精度可擴展模擬矩陣計算芯片研制成功

在數(shù)字計算主導計算機領域半個多世紀后，我國科學家在新型計算架構(gòu)上取得重大突破。

10月13日，《自然·電子學》雜志發(fā)表北京大學研究團隊的重要進展，他們成功研制出基于阻變存儲器的高精度、可擴展模擬矩陣計算芯片，首次實現(xiàn)了在精度上可與數(shù)字計算媲美的模擬計算系統(tǒng)。

我們熟悉的通信基站信號處理、AI大模型訓練參數(shù)優(yōu)化等，本質(zhì)都是在解復雜的矩陣方程。采用數(shù)字方法實現(xiàn)高精度矩陣求逆的計算開銷極大，耗時長、能耗高。于是，曾被視為老舊技術的模擬計算重新進入研究視野，它直接利用物理定律實現(xiàn)并行運算，在算力瓶頸背景下，具有延時低、功耗低等先天優(yōu)勢。

然而，如何讓模擬計算兼具高精度與可擴展性，從而在現(xiàn)代計算任務中發(fā)揮其先天優(yōu)勢，一直是困擾全球科學界的世紀難題。

在這項研究中，科研人員選擇了一條融合創(chuàng)新的道路，通過新型信息器件、原創(chuàng)電路和經(jīng)典算法的協(xié)同設計，構(gòu)建了一個基于阻變存儲器陣列的高精度、可拓展的全模擬矩陣方程求解器，首次將模擬計算的精度提升至24位定點精度。

這一成果標志著我國突破模擬計算世紀難題，在后摩爾時代計算范式變革中取得重大突破，為應對人工智能與6G通信等領域的算力挑戰(zhàn)開辟了全新路徑。

編輯、審核：石瑾鵬

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