集微網(wǎng)消息，2月29日，國家自然科學(xué)基金委員會發(fā)布了2023年度“中國科學(xué)十大進展”。2023年度“中國科學(xué)十大進展”主要分布在生命科學(xué)和醫(yī)學(xué)、人工智能、量子、天文、化學(xué)能源等科學(xué)領(lǐng)域。
2023年度“中國科學(xué)十大進展”分別為：
人工智能大模型為精準天氣預(yù)報帶來新突破
揭示人類基因組暗物質(zhì)驅(qū)動衰老的機制
發(fā)現(xiàn)大腦“有形”生物鐘的存在及其節(jié)律調(diào)控機制
農(nóng)作物耐鹽堿機制解析及應(yīng)用
新方法實現(xiàn)單堿基到超大片段DNA精準操縱
揭示人類細胞DNA復(fù)制起始新機制
“拉索”發(fā)現(xiàn)史上最亮伽馬暴的極窄噴流和十萬億電子伏特光子
玻色編碼糾錯延長量子比特壽命
揭示光感受調(diào)節(jié)血糖代謝機制
發(fā)現(xiàn)鋰硫電池界面電荷存儲聚集反應(yīng)新機制
人工智能大模型為精準天氣預(yù)報帶來新突破
天氣預(yù)報是國家重大戰(zhàn)略需求，也是國際科學(xué)前沿問題。華為云計算技術(shù)有限公司田奇團隊在天氣預(yù)報領(lǐng)域取得了新突破。基于人工智能方法，他們構(gòu)建了一個三維深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，稱為盤古氣象大模型。
其主要技術(shù)貢獻有三點。一是采用了三維神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，更好地建模復(fù)雜的氣象過程。二是采用地球位置編碼技術(shù)，提升訓(xùn)練過程的精度和效率。三是訓(xùn)練具有不同預(yù)測時效的多個模型，減少迭代誤差、節(jié)約推理時間。
盤古氣象大模型在某些氣象要素的預(yù)報精度上超越了傳統(tǒng)數(shù)值方法，且推理效率提高了上萬倍。在全球高分辨率再分析數(shù)據(jù)上，盤古氣象大模型在溫度、氣壓、濕度、風(fēng)速等重要天氣要素上，都取得了更準確的預(yù)測結(jié)果，將全球最先進的歐洲氣象中心集成預(yù)報系統(tǒng)的預(yù)報時效提高了0.6天左右。
盤古氣象大模型也可用于極端天氣預(yù)報。在2023年汛期，盤古氣象大模型成功預(yù)測了瑪娃、泰利、杜蘇芮、蘇拉等影響我國的強臺風(fēng)路徑。
玻色編碼糾錯延長量子比特壽命
理論上，量子計算機具有超越經(jīng)典計算機的算力，但受噪聲干擾后容易出現(xiàn)量子退相干，導(dǎo)致錯誤率比經(jīng)典計算機至少高十多個量級。
量子糾錯是解決該問題的重要途徑，通過量子編碼使得一個被保護的邏輯量子比特的相干壽命，超過量子電路中最好的物理比特的相干壽命。此時，意味著糾錯過程超越了量子糾纏的盈虧平衡點，這是構(gòu)建邏輯量子比特的必要條件。
但量子態(tài)具有不可克隆性，量子計算機無法通過備份來糾正錯誤，量子糾錯過程會引入新的錯誤，造成誤差累積，甚至出現(xiàn)越糾越錯的局面。
南方科技大學(xué)和深圳國際量子研究院的俞大鵬院士與徐源研究團隊，聯(lián)合福州大學(xué)鄭仕標、清華大學(xué)孫麓巖等團隊依據(jù)玻色編碼量子糾錯方案，開發(fā)了基于頻率梳控制的低錯誤率宇稱探測技術(shù)，大幅延長邏輯量子比特的相干壽命，超盈虧平衡點達16%，實現(xiàn)了量子糾錯增益。該成果是通往容錯量子計算道路上的一項重要成果。
發(fā)現(xiàn)鋰硫電池界面電荷存儲聚集反應(yīng)新機制
鋰硫電池具有極高的能量密度和較低的成本，然而，鋰硫電池的廣泛應(yīng)用還未能實現(xiàn)。因為它在充放電過程中，電池性能會快速下降。受限于傳統(tǒng)原位顯微研究技術(shù)的時空分辨率低及鋰硫體系不穩(wěn)定等因素，人們對其內(nèi)部發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)過程尚不清楚，無法針對性解決問題。
廈門大學(xué)廖洪鋼、孫世剛和北京化工大學(xué)陳建峰等開發(fā)高分辨電化學(xué)原位透射電鏡技術(shù)，耦合真實電解液環(huán)境和外加電場，實現(xiàn)對鋰硫電池界面反應(yīng)原子尺度動態(tài)實時觀測和研究。
近百年來，電化學(xué)界面反應(yīng)通常被認為僅存在“內(nèi)球反應(yīng)”和“外球反應(yīng)”單分子途徑。該研究揭示出電化學(xué)界面反應(yīng)存在第三種“電荷存儲聚集反應(yīng)”機制，加深了對多硫化物演變及其對電池表界面反應(yīng)動力學(xué)影響的認識，為下一代鋰硫電池設(shè)計提供指導(dǎo)。