稀土离子实现多模式量子中继及1小时光存储
量子不可克隆定律赋予了量子通信基于物理学原理的安全性 。 而这一定律也决定了光子传输损耗不能使用传统的放大器来克服 ， 使得远程量子通信成为当今量子信息科学的核心难题之一 。 量子中继和可移动量子存储是实现远程量子通信的两种可行方案 ， 其共性需求是高性能的量子存储器 。 在量子中继方面 ， 国际已有实验研究都聚焦于发射型存储器的架构 ， 无法同时满足确定性发光和多模式复用这两个关键技术需求 。 可移动量子存储方面 ， 国际上光存储的时间最长仅1分钟 ， 无法满足可移动量子存储小时量级存储时间的需求 。 中国科学技术大学郭光灿院士团队李传锋、周宗权研究组基于稀土离子掺杂晶体研制出高性能的固态量子存储器 ， 并在上述两条技术路线上取得了重要进展 ， 实现了一种基于吸收型存储器的多模式量子中继 ， 并成功将光存储时间提升至1小时 。 相关成果于4月22日和6月2日分别发表于《自然—通讯》和《自然》 。
2021年世界十大科技进展新闻是：
【两院院士评选“2021年中国/世界十大科技进展新闻”揭晓】全球首个“自我复制”的活体机器人诞生
美国佛蒙特大学、塔夫茨大学和哈佛大学威斯生物启发工程研究所的科学家发现了一种全新的生物繁殖方式 ， 并利用其创造了有史以来第一个可进行自我复制多代的活体机器人——Xenobots 3.0 。 它仅有毫米大小 ， 既不是传统的机器人 ， 也不是已知的动物物种 ， 而是一种从未在地球上出现过的、活的、可编程的全新有机体 。 据悉 ， 该活体机器人或许可以有助于医学的全新突破——除了有望用于精准的药物递送之外 ， 它的自我复制能力也使得再生医学有了新的帮手 ， 或可为出生缺陷、对抗创伤、癌症与衰老提供开创性的解决思路 。 11月29日 ， 相关研究成果发表于美国《国家科学院院刊》 。
核聚变向“点火”迈进一大步
我们在地球上之所以能看到阳光、感受到温暖 ， 都是源自于发生在太阳核心的核聚变 。 核聚变指的是当原子合并在一起时 ， 释放出巨大能量的过程 ， 这个过程可以在碳排放几乎为零的情况下 ， 源源不断地提供绿色能源 。 但是 ， 想在实验室里实现核聚变并非易事 ， 一个重大的挑战就是“点火”（即聚变反应所产生的能量等于或超过输入能量的时刻） 。 8月8日 ， 美国劳伦斯利弗莫尔国家实验室（LLNL）的国家点火装置（NIF）进行了一项新的实验 。 NIF的科学家团队重现了存在于太阳核心的极端温度和压力 ， NIF的强大的激光脉冲引发了燃料丸的核聚变爆炸 ， 产生了1.35兆焦耳（MJ）能量——大约相当于一辆时速160公里的汽车的动能 。 这一能量达到触发该过程的激光脉冲能量的70% ， 意味着接近核聚变“点火” ， 即反应产生的能量足以使反应持续下去 ， 在无限聚变能源的道路上迈出了一大步 。
科学家借助AI技术破解蛋白质结构预测难题
科学家们一直希望通过基因序列简单地预测蛋白质形状——如果能够成功 ， 这将开启一个洞察生命运作机理的新世界 。 美国华盛顿大学和英国DeepMind公司分别公布了多年工作的成果：先进的建模程序 ， 可以预测蛋白质和一些分子复合物的精确三维原子结构 ， 并将这些结构放入公开的数据库免费供全球科研人员使用 。 据DeepMind公司报告显示 ， 其人工智能程序AlphaFold预测出98.5%的人类蛋白质结构 ， 有助于深入理解一些关键生物学信息 ， 从而更好开展药物研发 。 而美国华盛顿大学创建的高精确的蛋白质结构预测程序名叫RoseTTAFold ， 基于深度学习 ， 它不仅能预测蛋白质的结构 ， 还能预测蛋白质之间的结合形式 。 仅需十分钟 ， RoseTTAFold就能用一台游戏电脑准确计算出蛋白质结构 。 相关论文于7月15日分别刊登于《自然》和《科学》 。