昨天，在2024中关村论坛年会开幕式上，10项重大科技成果揭开面纱。本报记者 王海欣摄
本报记者 刘苏雅
昨天，在2024中关村论坛年会开幕式上，10项重大科技成果揭开面纱。
量子云算力集群综合指标进入国际第一梯队，世界上已知最薄的光学晶体产出，全球首个通用人工智能系统原型亮相……聚焦前沿领域和世界级，成为这些项目的关键词。
多项“芯”技术上榜
只要上网，就能体验量子计算机的超能力。新亮相的“Quafu”大规模量子云算力集群汇聚了多枚量子芯片，近600个量子比特在云端互联互通，可提供高水准的量子计算服务。
比特是经典计算机最基本的逻辑单元，“开”和“关”两种状态被定义为1和0。“经典计算机的存储和处理能力和比特数之间是简单的乘法关系，要提升1倍的运算能力，大致就要增加1倍的比特数。”北京量子信息科学研究院执行院长常凯说，对量子计算机而言，提升1倍的运算能力，只需增加1个量子比特。
2023中关村论坛上，量子计算云平台“Quafu”首次亮相。1年来，它执行了超过300万个任务。
如今，第二代“Quafu”实现了大规模量子云算力集群，综合指标进入国际第一梯队。
该集群的可用物理比特数达到590个以上，以免费形式向全球用户开放。其中，5个百比特规模以上的量子芯片，均浪漫地用北京地区及周边的山峰命名，比如“Baihua(百花)”“Yunmeng(云蒙)”“Haituo(海陀)”。
除这项技术外，还有多项芯片领域的突破技术上榜：全模拟光电智能计算芯片、第三代“香山”RISC-V开源高性能处理器核、转角氮化硼光学晶体原创理论与材料等。
厚度仅有1至3微米的转角菱方氮化硼晶体薄如蝉翼，是世界已知最薄的光学晶体。其能效却比传统光学晶体提升了100倍至1万倍。北京大学物理学院教授刘开辉说，激光技术的突破高度依赖于光学晶体，科研团队瞄准制备更轻薄光学晶体的目标，开展了10余年的攻关。最终发现，氮化硼是最优选。用其制备出的菱方氮化硼材料单层厚度仅相当于头发丝直径的十万分之一，部分参数却能与传统厘米级的光学晶体材料相媲美。
不过，单层氮化硼分子无法被作为光学晶体用于激光器制造。通过复杂的理论推导，科研团队找到设计方法——把每块菱方氮化硼材料像拧魔方一样转动到特定角度，堆叠形成的光学晶体能减少激光穿过的能量“内耗”，高效产出所需激光。
刘开辉自豪地说：“我们把这个规律总结为二维材料的界面转角理论。这是自激光技术发明以来，光学晶体理论的又一个重大原创突破。”
“隔空取物”有望成真
随着脑机接口技术的推进，“心有灵犀”的边界正在逐步拓展。北京脑科学与类脑研究所的科研人员将比头发丝还细的电极，通过开颅手术精确植入猕猴的大脑皮质后，可以通过“北脑二号”智能脑机系统解读“猴思猴想”，在国际上首次实现了猕猴对二维运动光标的灵巧脑控。
在接受脑机系统植入手术前，科研人员为猕猴建立了“看到红色小球就要抓取”的条件反射。植入电极后，当屏幕上跳出红色小球，猕猴的条件反射便被激活。几乎同时，神经元释放的电信号被电极尽数接收。“北脑二号”智能脑机系统显示器上，接收到的数据剧烈跳动，仿佛表达着猕猴想要抓向小球的急迫情绪。被计算机操控的机械臂伸向小球。
“意念一动、隔空取物”的场景，实现了!
高通量柔性微丝电极、大通道数高速神经电信号采集设备、神经编解码算法……一系列技术的突破，让“北脑二号”在猕猴颅内的植入实验顺利持续了近1年，系统的有效信号传输通道数量依然保持着高水平，信噪比、信号质量等指标也表现优异，部分性能参数已达世界领先水平。芯智达公司业务发展总监李园透露，科研团队的研发目标是脑机接口微型化、无线化、全植入，便于后续的临床应用。
人工智能的发展也在“脑”上做文章。牛奶被碰洒，立刻找抹布擦拭干净；皮球滚到地上，主动捡起来放回原位；够不到水龙头，会搬把垫脚的小凳子……全球首个通用人工智能系统原型“通通”生活在一个高度仿真的数字场景中，可以识别人类意图并主动提供帮助，在没有指派具体任务时，也会主动在房间内探索学习，已达到儿童一定的智力水平。
这些行为都是其基于价值和因果做出的自主决策，随着价值倾向的调整，它面对同样的场景会做出迥异的反应。北京通用人工智能研究院院长朱松纯说，“人们常认为，很难学会的东西才是智能，但端茶倒水、察言观色等最自然的行为，才是最难却最有用的智能。”
两三年后，“通通”的脑子会越来越好用。在能力体系和价值体系的双系统架构下，通过“自主学”和“他人教”等方式，它可实现技能、知识和价值的持续成长，心智会继续提升，展现出更鲜活、更真实的状态。
世界级成果频出
大国重器的成绩单喜人，一批世界级成果出现。
500米口径球面射电望远镜(FAST)被昵称为“中国天眼”。它对着天空“扫一眼”，就能发现一个双星系统中的脉冲星，轨道周期仅为53分钟。这是目前人类发现的，轨道周期最短的脉冲星双星系统，填补了蜘蛛类脉冲星系统演化模型的缺失一环。
作为世界上灵敏度最高的单口径射电望远镜，FAST自投入运行以来，已发现超过900颗脉冲星，是同一时期国外同类型望远镜监测数量总和的3倍以上。
“对脉冲星的观测周期，在其轨道周期的十分之一以下，才能更好地避免轨道运动产生的不利影响。FAST观测5分钟的信号信噪比，比其他同波段射电观测设备一两个小时得到的信号还要优秀。”中国科学院国家天文台副研究员潘之辰说。
在四川省稻城县，平均海拔4410米的海子山上，国际上最灵敏的超高能伽马射线探测装置——高海拔宇宙线观测站“拉索”(LHAASO)全天候望向深空。
在对迄今最亮伽马射线暴GRB 221009A的观测中，虽然世界多个大科学装置均探测到了，但只有“拉索”创下纪录——记录到10万亿电子伏特以上的光子。利用这些观测数据，中国科学院高能物理研究所牵头的拉索国际合作组，绘制出了这枚“宇宙烟花”最精确的高能辐射能谱。从2021年至今，装置始终以接近100%的完好率稳定运行。至少未来10年内，高能伽马射线天文学研究将属于“拉索”。
在中国科学院合肥物质科学研究院，一座直径8米、高11米左右，能承受超高温、超低温、超高真空、超强磁场、超大电流等极端环境的“大火炉”，历经12万余次实验，终于将核聚变反应这头“猛虎”稳稳地关了403秒——2023年4月12日，全超导托卡马克核聚变实验装置(EAST)创下了稳态高约束模式等离子体运行的世界纪录。
仅隔1天，EAST成功复现了前一天的实验结果。“这么长的时间尺度、这么高的功率、这么多的约束条件，还能完全重复实验，这是国际核聚变研究领域公认的重大里程碑。”中国科学院合肥物质科学研究院研究员龚先祖说，“希望我们能尽快突破稳态聚变的研究，利用聚变在中国点亮第一盏灯。”
2024中关村论坛年会重大科技成果名单
《中关村世界领先科技园区建设方案(2024-2027年)》
用“芯”加速AI——全模拟光电智能计算芯片
业内瞩目精彩纷呈——人工智能取得系列成果
驾驭激光的利器——转角氮化硼光学晶体原创理论与材料
构筑量子计算“实用之路”——量子云算力集群
绿色能源的强大引擎——300兆瓦级F级重型燃气轮机完成总装
来自开源的“芯”贡献——第三代“香山”RISC-V开源高性能处理器核
基因改良护航粮食安全——农作物耐盐碱机制解析及应用
拓展“心有灵犀”的边界——“北脑二号”智能脑机系统
重大科技基础设施取得系列国际领先成果
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