《前沿科技探秘》课件

前沿科技探秘欢迎来到《前沿科技探秘》，这是一场关于当代科技最前沿发展的视觉盛宴在这个信息爆炸的时代，科技创新正以前所未有的速度改变着我们的生活方式和思维模式本次展示将带您探索中国乃至全球的尖端科技成果，从量子科学到人工智能，从新材料到航空航天，让我们一起领略科技创新的魅力，感受未来已来的震撼目录引言科技创新的重要性探讨科技创新作为国家发展核心驱动力的关键作用，以及政府对科技自立自强的战略部署五大综合性国家科学中心详细介绍合肥、北京怀柔、上海张江、粤港澳大湾区和西安五大国家科学中心的特色与成就重大科技基础设施解析国家重大科技基础设施的定义、作用及其对科研、产业和人才培养的重要影响前沿科技领域探索深入探讨量子科技、新型材料、航空航天、新能源、天文学和人工智能等领域的突破性进展科技成果转化分析科技成果从实验室到市场的转化路径，以及数据要素市场化改革的最新尝试未来展望引言科技创新的重要性国家发展的核心驱动力2025年政府工作报告重点科技创新已成为推动国家经济社会发展的第一动力，是提升国家2025年政府工作报告明确强综合国力和国际竞争力的战略支调，要坚持把科技自立自强作为撑在全球科技竞争日益激烈的国家发展的战略支撑，完善新型背景下，科技创新能力直接决定举国体制，加大基础研究投入，了一个国家在国际格局中的地位强化企业创新主体地位，加快建和话语权设创新型国家和世界科技强国创新驱动发展战略五大综合性国家科学中心概览北京怀柔综合性国家科学中心合肥综合性国家科学中心以材料科学、空间科学、地球系统科学和智能科学为重点，建有寰地球系统数值模以能源科学、信息科学、健康科学和环境科拟装置等前沿设施学为主攻方向，拥有人造太阳等世EAST2界级科研设施上海张江综合性国家科学中心1专注于生命科学、信息科学和光子科学3领域，拥有上海光源等国际一流科研平台西安综合性国家科学中心粤港澳大湾区综合性国家科学中心4以光电子技术、航空航天和高性能计算为特色，拥有高精度地基授时系统等先进设施整合港澳地区科研资源，建有中国散裂中子源等大科学装置，推动区域创新协同发展合肥综合性国家科学中心1战略定位2科技设施群合肥综合性国家科学中心依托中心建有以合肥科学岛为核心中国科学技术大学和中科院合的大科学装置集群，包括全超肥物质科学研究院等科研力导托卡马克核聚变实验装置量，致力于能源、信息、健康（EAST）、稳态强磁场实验和环境四大领域的前沿科学研装置、同步辐射光源等世界级究，是我国首个获批的综合性科研平台，形成了一岛五区国家科学中心多园的空间布局创新成果合肥科学岛全超导托卡马克核聚变实验装置（）EAST核聚变原理超高温度世界记录装置模拟太阳核能产生比太阳核已多次刷新世界EAST EASTEAST聚变反应原理，利用强心温度还高数倍的超高记录，实现了

1.2亿度磁场约束高温等离子温等离子体，温度可达高温等离子体持续运行体，实现氘-氚聚变反上亿度在如此极端条时间超过100秒，这一应，释放巨大能量这件下，需要特殊的超导成就大幅推进了人类对一过程清洁无污染，燃材料和精密控制系统来可控核聚变的探索，展料取之不尽，被视为人维持装置的稳定运行示了中国在该领域的领类未来理想的能源解决先实力方案人造太阳的突破性成果EAST12006年首次放电EAST装置于2006年9月成功实现首次等离子体放电，标志着中国在磁约束核聚变领域迈出了重要一步这一阶段主要验证了装置的基本功能和可行性22017年稳态高约束模式科研团队成功实现了稳态高约束模等离子体运行

101.2秒，创造了当时的世界纪录这标志着中国在长脉冲高参数等离子体研究方面取得重大突破32021年超1亿度运行EAST实现了

1.2亿度高温等离子体持续运行101秒，以及

1.6亿度持续20秒的运行，再次刷新世界纪录这一成就大幅缩短了人类实现可控核聚变的时间表42023年新突破设备升级后的EAST实现了更高参数下的稳定运行，并在等离子体控制、热负荷处理等关键技术上取得新突破，为国际热核聚变实验堆ITER计划提供了重要支持和经验北京怀柔综合性国家科学中心战略定位空间布局创新生态北京怀柔综合性国家科学中心是国家实中心规划一区多园空间格局，核心区中心积极构建科学+教育+产业+城市融施创新驱动发展战略的重要载体，致力位于怀柔区，总规划面积约100平方公合发展的创新生态系统，吸引了一批顶于打造世界级原始创新策源地和科技创里目前已建成北京高能同步辐射光尖科研机构、高校和企业入驻同时，新高地中心聚焦材料科学、空间科源、综合极端条件实验装置等多个大科中心通过体制机制创新，促进科技成果学、地球系统科学、智能科学等领域，学装置，正在建设地球系统数值模拟装转化，培育新兴产业，带动区域高质量推动学科交叉融合和科技创新置等一批国家重大科技基础设施发展地球系统数值模拟装置寰全景观测1对地球系统进行全面监测深度感知2捕捉地球系统运行数据精准模拟3建立高精度地球系统模型智能预测4实现地球系统变化预测寰是我国首个地球系统数值模拟装置，由北京师范大学牵头研制该装置整合气象、海洋、地质等多学科数据，构建从微观到宏观的地球系统数字孪生体，能够实现对地球系统的全方位、多尺度模拟与预测寰的建成将显著提升我国地球科学研究水平，为气候变化应对、防灾减灾、资源开发等重大国家需求提供科学支撑它标志着我国在地球系统科学领域已迈入世界先进行列寰的主要功能和应用气候变化研究通过高精度气候系统模拟，寰能够深入分析全球变暖机制，评估极端天气事件演变趋势，预测未来气候变化情景，为国家制定应对气候变化的长期战略提供科学依据这种大尺度、长时间序列的模拟能力在国内处于领先地位生态环境监测系统整合卫星遥感、地面观测和数值模拟数据，构建陆地生态系统的完整数字模型，实时监测森林、草原、湿地等生态系统变化，评估生物多样性状况，为生态文明建设和环境保护决策提供科学支撑自然灾害预警通过构建地质-大气-海洋耦合模型，寰能够模拟台风、暴雨、地震等自然灾害的形成和演变过程，提高灾害预报的准确性和时效性，为防灾减灾提供科学决策支持，最大限度减少灾害损失资源开发规划基于地球系统模拟结果，评估水资源、能源、矿产等自然资源的分布状况和变化趋势，为国家资源开发利用规划提供科学参考，支持可持续发展战略实施和国土空间优化布局上海张江综合性国家科学中心科学城布局研究领域科创成果上海张江综合性国家科学中心以张江科学中心重点布局生命科学、信息科学和光子近年来，张江涌现出一批原创性科技成城为核心，规划了一心四极多点的空间科学三大领域，打造前沿交叉学科创新平果，如世界首台超越早期经典计算机的量布局，总面积约94平方公里中心区聚集台已建成上海光源、蛋白质设施、超强子计算原型机、首个体细胞克隆猴、首个了一批国家级科研机构、高校和高新技术超短激光装置等一批世界级大科学装置，获批上市的CAR-T细胞治疗产品等同企业，形成了科研、教育、产业一体化发正在建设硬X射线自由电子激光装置等国时，培育了众多高科技企业和独角兽企展的创新生态系统家重大科技基础设施业，成为全球瞩目的科技创新高地上海光源探索微观世界的鹦鹉螺光源原理装置规模上海光源是一种同步辐射光源，通过上海光源由三部分组成直线加速器、磁场使高速运动的电子发生偏转而产增强器和储存环其中储存环周长生高亮度、高能量的同步辐射光这432米，呈环形结构，外观像一个巨种光具有波长短、亮度高、时间结构大的鹦鹉螺整个装置占地约

6.5好等特点，能够像显微镜一样观察物万平方米，总投资近14亿元，是国家质的微观结构，被形象地称为超级十一五期间建设的重大科技基础设显微镜施技术指标上海光源是我国第一台第三代中能同步辐射光源，电子能量为，水平发射

3.5GeV度为，具有个插入光束线站位，目前已建成并开放条光束线和

3.9nm•rad4015个实验站，支持多种先进光谱和成像实验技术17上海光源的科研贡献15000+用户总量上海光源自2009年投入运行以来，已累计服务国内外用户超过15000人次，覆盖高校、科研院所和企业等多类机构，成为我国最重要的大科学装置开放平台之一8000+研究成果依托上海光源，用户已发表高水平科研论文8000余篇，其中包括多篇发表在Nature、Science等顶级期刊上的重要成果，覆盖生命科学、材料科学、化学、物理等多个学科领域200+专利授权上海光源促进了科技成果转化，已有200多项专利获得授权，多项技术成果实现产业化应用，在新药研发、新材料开发、芯片制造等领域发挥了重要作用24/7运行模式上海光源采用全年不间断运行模式，机器运行时间超过5000小时/年，运行效率和稳定性达到国际先进水平，为用户提供高品质的光束服务粤港澳大湾区综合性国家科学中心粤港澳大湾区综合性国家科学中心是国家实施创新驱动发展战略的重大举措，也是支撑大湾区国际科技创新中心建设的重要平台中心采用一中心、多节点的空间布局，依托深圳、广州、香港、澳门和东莞等城市的科技创新资源，构建开放协同的区域创新体系中心重点发展新一代电子信息、生物医药、先进制造、新材料、海洋科学等领域，已建成中国散裂中子源、中国深湾海洋科学研究站等大科学装置，正在建设南方光源、材料基因组工程创新中心等一批国家级创新平台，形成了高水平科技创新集群中国散裂中子源打开微观世界的大门物理学化学材料科学生命科学工程应用中国散裂中子源（CSNS）位于广东东莞，是我国首个高性能脉冲中子源，也是十二五期间建设的国家重大科技基础设施CSNS通过高能质子束轰击重金属靶，产生大量高强度中子束流，使科学家能够在原子尺度上研究物质结构和动力学特性CSNS工程总投资23亿元，占地面积约53公顷，于2018年正式投入运行目前已建成3条中子谱仪实验站，未来将扩展到约20条该装置的建成和运行，打破了西方国家在脉冲中子源领域的垄断，显著提升了我国在中子科学研究和应用领域的国际地位散裂中子源的全球影响力国际地位突破性成果中国散裂中子源是继美国、英国和日本之后，全球第四个建成的依托CSNS，我国科学家在量子材料、超导体、磁性材料等前沿高性能脉冲中子源，也是我国首个获得国际中子散射学会认可的领域取得了一系列突破性研究成果其中，多项成果发表在《自脉冲中子源设施该装置的建成运行，使我国跻身世界中子科学然》《科学》等国际顶级期刊上，引起国际科学界广泛关注，显研究前列，成为国际中子散射领域的重要力量著提升了我国在相关领域的国际影响力1234国际合作人才培养CSNS积极开展国际合作，与美国橡树岭国家实验室、英国卢瑟作为国家重大科技基础设施，CSNS已成为培养高水平科研人才福实验室等国际知名研究机构建立了长期合作关系同时，的重要基地通过开展研究生联合培养、国际交流项目等，CSNS也面向全球用户开放，吸引了来自美国、日本、德国等20CSNS培养了一批具有国际视野的中子科学领域高层次人才，为多个国家的科学家前来开展实验研究我国科技创新提供了重要的人才支撑西安综合性国家科学中心时空基准1建设空天地一体化量子精密测量网络光电产业2打造全球领先的光电子技术创新高地航天技术3发展新一代航空航天关键技术高性能计算4构建超算中心和大数据智能平台西安综合性国家科学中心是我国十四五规划重点布局的国家战略科技力量，依托西安丰富的科教资源和深厚的工业基础，重点发展时空基准、光电子技术、航空航天、高性能计算等特色领域中心采用一核多园的空间布局，核心区位于西安高新区，涵盖西安交通大学、西北工业大学、中科院西安光学精密机械研究所等一批高水平科研机构，已成为西北地区科技创新的重要引擎，为国家科技自立自强提供了有力支撑高精度地基授时系统时间基准空间传递应用领域西安高精度地基授时系系统通过激光链路、卫该系统广泛应用于国防统采用多台氢原子钟和星双向时间频率传递等军工、航天测控、电力铯原子钟组成的原子钟先进技术，实现时间信电网、金融交易、通信组作为时间基准，实现号的远距离高精度传网络等领域，特别是为了10^-16量级的时间输，构建了覆盖全国的北斗导航系统提供了重保持精度，相当于30精密时间频率网络这要的时间基准支撑，显亿年只差1秒这一精一网络为国家重大工程著提升了我国关键基础度使其成为亚洲最高精和战略系统提供统一的设施的安全性和可靠度的地基授时系统之高精度授时服务性一，在国际计量学界具有重要地位空天地一体化综合授时服务体系地面段空间段2高精度原子钟组提供基准时间1卫星搭载原子钟提供全球覆盖传输链路光纤和无线传输保障信号稳定35监测评估用户终端全天候监测确保系统可靠运行4多类型终端满足不同场景需求空天地一体化综合授时服务体系是西安综合性国家科学中心的重点建设项目，旨在构建以高精度地基授时系统为核心，结合卫星星座和区域分布式授时网络的全方位授时服务体系该体系通过空间、地面、用户三个层面的有机结合，实现了时间频率信号的高精度生成、传递和应用，为国家重大工程提供纳秒级至皮秒级的高精度授时服务，支撑了我国信息网络、国防安全、科学研究等多个领域的发展需求重大科技基础设施的重要性科技创新支撑国家战略需求国际科技竞争重大科技基础设施是开展高水平科学研重大科技基础设施直接服务于国家战略重大科技基础设施是国家科技实力和创究的基础条件和技术平台，支撑着原始需求，在能源安全、环境保护、粮食安新能力的重要标志，也是国际科技竞争创新和颠覆性技术的突破许多重大科全、公共卫生等领域发挥着不可替代的的焦点拥有一批国际领先的大科学装学发现和技术突破，如暗物质探测、引作用例如，先进核能装置为我国能源置，不仅能提升国家科研水平，还能增力波探测、新粒子发现等，都依赖于大安全提供科技支撑，大气环境监测网络强国际科技话语权，提高国家综合国力科学装置的支持为环境保护决策提供科学依据和国际影响力国家重大科技基础设施的定义和作用1定义特征2科学功能3开放共享国家重大科技基础设施是指为解决科重大科技基础设施通过提供极端条件、作为国家级公共科技资源，重大科技学前沿和国家重大需求中的关键科学高精度测量和大规模数据处理等能力，基础设施实行开放共享，面向全国科问题，按照统一规划布局建设的大型使科学家能够探索自然界的基本规律，研人员提供实验条件和技术支撑这复杂科学研究系统这类设施通常具开展基础科学和应用科学研究这些种开放模式促进了科技资源的高效利有投资巨大、技术复杂、战略意义重设施往往能支持多学科交叉研究，催用，也推动了科研合作和学术交流，大等特点，是国家科技创新体系的重生新学科和新方向的产生形成了开放、协同、共享的科研生态要组成部分大科学装置世界一流科研成果的催化器基础科学突破医药健康研究材料科学前沿我国大科学装置已成为产出世界一流科研依托上海光源、蛋白质科学研究设施等大强磁场中心、中国散裂中子源等装置为新成果的重要平台例如，慧眼硬X射线科学装置，我国科学家解析了一批重要蛋材料研究提供了强大工具，推动了高温超调制望远镜发现了黑洞伴星快速演化的证白质复合物的高分辨率结构，为新药研发导体、拓扑量子材料、先进能源材料等领据；500米口径球面射电望远镜提供了关键支撑在新冠肺炎疫情期间，域的重大突破这些成果不仅发表在国际（FAST）发现了200多颗脉冲星；墨子这些装置为病毒结构研究和药物筛选做出顶级期刊上，还催生了一批具有自主知识号量子科学实验卫星实现了千公里级星地了重要贡献，助力疫情防控产权的新材料和新器件量子纠缠分发大科学装置高科技企业转型升级的助推器大科学装置在促进企业技术创新和产业升级方面发挥着重要作用一方面，装置建设过程本身就对相关高端装备制造业形成巨大拉动效应，推动了一批关键核心技术的突破和产业化另一方面，企业通过使用大科学装置开展研发，解决了产品开发和工艺优化中的关键技术问题以上海光源为例，已服务超过500家企业用户，覆盖医药、半导体、新材料、石油化工等多个行业通过产学研协同创新，这些企业研发出一批具有自主知识产权的新产品和新技术，实现了从跟跑到并跑甚至领跑的转变，大幅提升了国际竞争力大科学装置高层次创新人才的孵化器大科学装置已成为培养和聚集高层次创新人才的重要平台这些装置不仅提供了世界级的科研条件，还创造了开放、协同、创新的科研环境，吸引了大批国内外顶尖科学家和青年才俊据统计，我国大科学装置已培养和引进院士、杰青等高层次人才超过人，形成了一批500具有国际影响力的创新团队同时，大科学装置还是研究生培养的重要基地每年有数千名硕博研究生在这些装置上开展科研工作，接受实践培训，许多人已成长为各领域的骨干力量此外，装置还通过开展国际交流合作、举办学术会议等方式，促进了创新人才的培养和科技交流，为我国科技创新提供了重要的人才支撑前沿科技领域探索量子科技量子计算量子通信量子精密测量量子计算是一种利用量子力学原理进行信量子通信利用量子纠缠等物理特性实现安量子精密测量利用量子特性实现超高精度息处理的新型计算技术近年来，我国在全通信我国发射的墨子号量子科学实的物理量测量我国在量子陀螺、量子重量子计算领域取得显著突破，成功研制出验卫星成功实现了千公里级的星地量子密力仪、量子时钟等领域取得重要进展，精76个超导量子比特的量子计算原型机祖钥分发，建成了全球首个天地一体化量子度大幅提升这些技术在航天导航、地质冲之号，实现了量子计算优越性的里程碑通信网络目前，京沪干线等量子保密通勘探、基础物理研究等领域具有广阔应用成就此外，还开发了光量子计算机、超信骨干网已投入使用，保障金融、电力等前景，将显著提升我国在相关领域的技术导量子处理器等多种技术路线领域的信息安全水平量子调控前沿科技量子比特量子纠缠量子比特是量子信息处理的基本单元，可以同时处于多个状态的叠加态我国科学家在超导量子比特、光子量子比量子纠缠是量子力学中的奇特现象，是量子通信和量子计算的重要资源我国在多体纠缠、远距离纠缠分发等方面特、离子阱量子比特等多种实现方式上取得了重要突破，实现了高保真度的量子比特制备和操控取得了一系列世界级成果，为量子信息技术的发展奠定了基础量子存储量子软件量子存储是构建量子互联网的关键技术我国科学家开发了基于冷原子、稀土离子晶体等多种量子存储器，实现了量子软件包括量子算法、量子编程语言等我国已开发出多个量子计算软件平台和工具包，如本源量脉、高效率、长寿命的量子信息存储，为未来量子中继器和量子互联网提供了技术支撑pyQPanda等，支持量子算法研发和应用探索，推动量子计算生态系统的建立量子芯片实验维度的精确15×15可控纠缠体系实验突破技术原理中国科学技术大学潘建伟团队在国际该实验利用光子的轨道角动量作为信上首次实现了15×15维度的高维量子息载体，通过特殊的空间光调制器和纠缠体系，并对其进行了精确调控和全息技术，精确制备和操控两个高维验证这一成果刷新了可控制的量子量子系统之间的纠缠态研究团队开体系维度的世界纪录，标志着我国在发了新型测量方法，实现了对225维高维量子信息处理领域取得重大突希尔伯特空间中量子态的完整表征破意义影响这一突破性成果不仅拓展了人类对量子世界的认知边界，也为量子信息技术的发展提供了新思路高维量子系统具有更大的信息容量和更强的抗干扰能力，有望应用于高容量量子通信、高效量子计算和量子模拟等领域高维量子体系在量子通信和量子计算中的应用高密度量子编码高维量子系统能够在单个粒子中编码更多信息，大幅提高量子通信的信息容量例如，一个15维的量子系统可以编码的信息量是传统二维量子比特的近4倍，这使得量子通信网络的传输效率得到显著提升增强的量子安全性高维量子纠缠系统具有更高的抗干扰能力和安全阈值，能够更有效地抵抗窃听和攻击研究表明，在量子密钥分发中使用高维量子系统，可以使安全密钥率提高数倍，大幅提升量子通信的安全性能量子算法加速在量子计算领域，高维量子系统可以实现更复杂的量子逻辑门操作，支持更高效的量子算法实现利用15×15维的量子系统，可以大幅减少一些量子算法所需的量子门数量，加速计算过程量子网络节点高维量子体系是构建高效量子中继器和量子网络节点的理想平台通过高维量子存储和处理，可以实现更高效的量子纠缠交换和量子信息转换，为未来的量子互联网奠定技术基础前沿科技领域探索新型材料超导材料1我国科学家在高温超导材料研究领域取得重要进展，成功合成了一系列新型铁基超导体和铜氧化物超导体，超导转变温度不断提高同时，在室温超导研究方面也取得突破性进展，为未来实现常压下的室温超导奠定了基础二维材料2继石墨烯之后，我国科学家成功制备了一系列新型二维材料，包括六方氮化硼、过渡金属硫化物等，并探索了这些材料的奇特物理性质和潜在应用特别是在大面积高质量二维材料制备技术方面取得重要突破拓扑量子材料3我国在拓扑绝缘体、外尔半金属、三重简并费米子等拓扑量子材料研究方面走在世界前列这些材料展现出独特的电子结构和物理性质，有望应用于新一代电子器件、量子计算和自旋电子学等领域先进能源材料4在新能源领域，我国开发出高性能锂电池材料、钠离子电池材料、氢能材料等一系列先进能源材料，显著提升了能源存储和转换效率这些材料为解决能源问题提供了新的技术路径三重简并费米子的发现年，中国科学院物理研究所方忠团队和清华大学薛其坤团队合作，在钽磷化物材料中首次发现了三重简并费米子，这是继外2017TaPd尔费米子之后的又一种新型拓扑准粒子三重简并费米子是一种新型量子态，同时具有三个能带的简并，这在传统凝聚态物理理论中是不允许存在的研究团队通过角分辨光电子能谱和第一性原理计算，确认了材料中存在的三重简并点，并揭示了其独特的电子结构特性ARPES TaPd这一发现填补了凝聚态物理学中的重要理论空白，引起了国际物理学界的广泛关注，相关论文发表在《自然物理》杂志上，并被评为当年·度物理领域重大突破之一新型费米子对凝聚态物理研究的影响理论创新1开创量子物质新分类实验技术2推动高分辨测量方法发展材料设计3引领新型拓扑材料研究方向应用前景4催生量子信息和自旋电子学新器件三重简并费米子的发现对凝聚态物理研究产生了深远影响在理论层面，它扩展了量子物质分类体系，促使科学家重新思考和完善拓扑物理理论框架这一发现证明了高能物理中的基本粒子概念可以在凝聚态系统中以准粒子形式实现，架起了高能物理与凝聚态物理的重要桥梁在应用层面，三重简并费米子材料展现出优异的电子输运性能，如超高载流子迁移率、巨大的线性磁阻等，有望应用于新一代电子器件同时，这类材料中存在的拓扑表面态和非平庸的贝里相位效应，为量子计算、自旋电子学等前沿领域提供了新的材料平台，有望催生革命性技术突破。