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中国科学院改革开放四十年40项标志性重大科技成果

TIME:2019-08-16 12:06 | VIEWS:
40项标志性重大科技成果,是《改革开放先锋 创新发展引擎——中国科学院改革开放四十年》编委会以“三个面向”为线索,组织中科院机关有关部门在系统梳理改革开放40年来中科院广大科研人员取得的众多重要科技成果的基础上,经综合凝练归纳提出的具有代表性的重大科技成果。院学术委员会委员对此进行了审核把关,同时通过网络向院属单位和社会进行了公示,超过15万人次的社会各界人士参与了遴选和评议。2015年,理论预言TaAs家族材料是外尔半金属,并首次实验证实了其中手性电子态——外尔费米子的存在。该研究被英国物理学会《物理世界》评为“2015年十大突破”,被美国物理学会《物理》评为“2015年八大亮点工作”。2018年1月,入选美国物理学会《物理评论》系列期刊诞生125周年纪念论文集,是收录的49项重要科学成就中唯一来自中国本土的工作。1992年,上海原子核所获得了新核素铂-202,这是中国科学家首次合成的新核素。20世纪90年代以来,近代物理所合成了34种新核素,首次高精度测定一批短寿命原子核质量,建成国际核质量数据评估中心。这些新核素的产生是中国科学家在远离稳定线核的合成和研究中取得的重大成果。2011年,上海应物所在参加RHIC-STAR核物理国际合作研究中,与美国科学家合作,为首次发现迄今最重的反物质粒子——反氦核,发挥了关键作用。2012年,由高能所牵头的国际合作研究团队在大亚湾反应堆中微子实验发现了中微子振荡新模式,精确测得中微子混合角θ13值,标志着我国中微子实验研究从无到有步入世界前列。该成果入选美国《科学》 2012年十大科学突破,获2013年度中国科学院杰出科技成就奖、2016年度国家自然科学奖一等奖、2016年度国际基础物理学突破奖。物理有机化学是有机化学的理论基础,主要涉及结构、介质和化学特性、物理特性之间的关系。上海有机所经过近20年努力,围绕物理有机化学前沿领域两个重要方面——有机分子簇集和自由基化学,进行了深入系统的研究。获2002年度国家自然科学奖一等奖,填补了该奖项此前连续4年的空缺。在纳米材料与器件领域,物理所、金属所等单位在碳纳米管的制备、纳米结构及其物性调控、表面纳米化等方面,20多年来产出了一批国际引领性成果,促进了该领域的研究和发展。2017年,上海微系统所联合相关企业设计出低功耗、长寿命、高稳定性的钪-锑-碲(Sc-Sb-Te)新型高速相变材料,对于我国突破国外技术壁垒、自主开发存储器芯片具有重要意义。化学所基于长期基础研究,发展了纳米绿色印刷的完整产业链技术,并于2016年建成世界首条免砂目纳米绿色印刷版材示范线。在纳米催化领域,2011年,大连化物所在国际上首次制备出Pt/FeOx单原子催化剂,并提出了单原子催化新概念,入选美国化学会2016年度十大科研成果。2014年,基于纳米限域催化新概念,首创甲烷无氧制烯烃和芳烃催化过程,实现一步高效转化,获2015年度中国科学院杰出科技成就奖。继1965年我国在国际上首次人工合成牛胰岛素(获1982年度国家自然科学奖一等奖)之后,1981年11月,由上海生化所、上海细胞所、上海有机所、生物物理所和院外相关单位组成的联合攻关团队,历时13年,在国际上首次人工合成了包含76个核苷酸的酵母丙氨酸转移核糖核酸完整分子。该成果获1987年度国家自然科学奖一等奖,对揭示生命起源和核酸在生物体内的作用意义重大,为进一步了解遗传和其他生命现象、研制和应用多种核酸类药物奠定了理论基础,标志着我国在该领域进入世界先进行列。2018年8月,分子植物科学卓越创新中心采用合成生物学“工程化”方法和高效使能技术,以单细胞真核生物酿酒酵母(天然含有16条线型染色体)为研究材料,在国际上首次人工创造出仅含单条染色体的真核细胞。这是继人工合成牛胰岛素和酵母丙氨酸转移核糖核酸之后,我国科学家再一次利用合成科学策略回答了生命科学领域的重大基础问题,将加深人类对生命本质的认识。脑科学与智能技术卓越创新中心在非人灵长类模型与脑连接图谱研究方面取得一系列重要原创成果。2017年年底在国际上率先攻克非人灵长类动物体细胞核克隆这一世界性难题,11月27日世界上首个体细胞克隆猴“中中”诞生,12月5日第二个克隆猴“华华”诞生。这是继1997年英国克隆羊“多莉”后克隆生物技术领域的又一重大突破,将有力促进生命科学基础研究和转化医学研究,为探究众多复杂疾病机理、建立有效诊治和干预手段及新药创制带来光明前景。2016年,该卓越创新中心在世界上首次建立了携带人类自闭症基因的非人灵长类动物模型——食蟹猴模型,构建了非人灵长类自闭症行为学分析范式,为观察自闭症的神经科学机理研究提供了一扇重要窗口,为深入研究自闭症的病理与探索可能的治疗干预方法奠定了重要基础。2016年,该卓越创新中心成功绘制了更精确的人脑功能分区图谱,即人类脑网络组图谱,突破100多年来传统脑图谱绘制的瓶颈,提出了“利用脑连接信息绘制脑图谱”的思想,第一次建立了宏观尺度上的活体全脑连接图谱,为实现脑科学和脑疾病研究的源头创新提供了重要基础。1999年7月,由遗传发育所牵头,我国参与了国际人类基因组计划,成为继美国、英国、法国、德国、日本之后的第6个参与国,也是唯一的发展中国家。2000年4月,我国提前完成了国际人类基因组计划1%基因组序列工作框架图,测定了第3号染色体短臂上3 000万个碱基序列,绘制了达到99.99%覆盖率的完成图,为我国生物资源基因组研究及参与国际生物产业竞争奠定了基础。2000年,遗传发育所合作参加中国超级杂交水稻基因组计划。2001年10月,率先完成水稻(籼稻)基因工作框架图的绘制,并免费公布数据库。2002年12月,完成全球第一张农作物的全基因组精细图——籼稻基因组序列精细图的绘制,并研制成功世界第一个覆盖水稻全基因组的基因芯片,为保持我国在杂交水稻育种领域的国际领先地位奠定了基础。获2003年度中国科学院杰出科技成就奖。2014年,动物所成功破译了飞蝗的全基因组序列图谱,这是迄今人类破译的最大动物基因组,揭示了飞蝗聚群行为调控以及表型可塑性遗传、表观遗传调控机制;同时围绕种群暴发成灾机制等难题,取得系列突破性进展。获2017年度中国科学院杰出科技成就奖。2004年,中国高等植物资源的百科全书——《中国植物志》全部完成出版。该书由中科院(植物所、华南植物园、昆明植物所等)牵头,历经我国四代植物分类学家41年(1918—1959年)准备、45年(1959— 2004年)编研,全国80余家单位的312位作者和164位绘图人员通力协作完成。全书80卷126册,共5 000多万字,记载了中国维管束植物3 0 1科、3 4 0 8属、31 142种,包括9 080幅图版,是世界上已出版的规模最大、内容最丰富的植物志书。获2009年度国家自然科学奖一等奖。《中国植物志》是植物学领域一项开拓性、创新性、系统性、基础性工程,是半个世纪以来中国植物学研究的标志性成果,具有重大学术价值,促进了我国植物学和生物学相关学科的发展,为陆地生态系统研究和植物资源开发利用提供了重要科学依据,对中国和全球生物多样性的可持续发展作出了重大贡献,并产生了深远影响。在生物多样性调查、收集保藏和保护利用方面,中科院通过战略生物资源网络建设,完成了植物园体系、标本馆体系、生物遗传资源库以及生物多样性监测及研究网络等基础资源平台建设,建立了较完整的种质资源数据库和信息共享管理系统。昆明植物所牵头于2009年建成了中国西南野生生物种质资源库,收集稀有濒危种、特有种、有重要经济价值及科学价值的野生植物种子近8万份,种质资源保藏能力达到国际领先水平。发起中国植物园联盟,实施“本土植物全覆盖计划”,对我国生物多样性保护起到重要支撑。中科院战略生物资源网络建设及在此基础上开展的科学研究,对促进我国生物多样性保护、生物技术产业发展和应对国际生物资源竞争具有重要战略意义。南京古生物所于1984年发现了澄江动物化石群,之后进行了长达17年、多达3万余块化石的大规模采集和综合研究,取得了一系列举世瞩目的成果,第一次生动再现了5.3亿年前海洋动物世界的面貌,为揭示“寒武纪大爆发”奥秘提供了科学依据。该成果被誉为“20世纪最惊人的科学发现之一”,获2003年度国家自然科学奖一等奖。“金钉子”是全球年代地层划分对比的国际标准。截至2018年7月,在全球确定的60多个“金钉子”中,我国有11个,居全球之首,其中7个(长兴阶、排碧阶、吴家坪阶、赫南特阶、古丈阶、江山阶、乌溜阶)由南京古生物所完成。古脊椎所基于多年持续的大规模野外调查和发掘,开展辽西热河脊椎动物群研究,取得了一系列重大发现和原创成果,丰富了人类对早白垩世陆地生态系统的认识,在脊椎动物许多类群的起源和系统演化研究方面具有重大意义。获2003年度中国科学院杰出科技成就奖,入选《时代周刊》 2007年度世界十大科技发现、《科学》 2014年度十大科学突破。古脊椎所通过对8万—12万年前东亚地区最早的现代人化石的发现和研究,否认了现代人“非洲起源说”的部分观点,提出了现代人在东亚出现与扩散的新假说,为研究东亚人类演化规律提供了重要化石证据,将中国古人类演化研究推进到国际前沿水平。相关成果入选《自然》 2014年度十大科学事件。第四纪环境领域是近年来全球变化研究的热点。地质地球所、地球环境所、寒旱所等单位,以黄土、冰川为古环境研究的重要载体,在第四纪地质学与环境研究中取得了一系列重要成果,为认识全球环境演变规律、理解现今环境变化原因、评估未来环境发展趋势提供了科学依据,处于国际地球科学前沿。在第四纪黄土环境研究方面,中科院提出“新风成学说”,该学说基于中国黄土重建了250万年以来的气候变化历史,推动了地球环境科学发展,对黄土高原水土保持、植被重建、沙地治理等具有重要实践意义,为国家黄土高原综合治理提供了决策支撑。“黄土高原综合治理定位试验研究”获1993年度国家科学技术进步奖一等奖。在第四纪冰川研究方面,中科院查清了我国第四纪冰川分布及特征,编绘了我国第四纪冰川分布图,突破了传统第四纪四次冰期学说,发展了国际第四纪冰川与环境变化研究科学理论,对未来水资源变化和环境演变及可持续发展具有重要意义。大气环流研究是揭示大气运动规律、探索全球气候变化、进行气候预测和天气预报的重要途径。大气所、地球物理所对东亚大气环流运动规律进行了系统深入研究,原创性提出了气候突变概念,发现东亚和北美环流在过渡季节有急剧变化的现象,研究发现并证明了阻塞高压在持续异常天气预报中的重要性,揭示了东亚大气环流对中国气候的影响机理。获1987年度国家自然科学奖一等奖。20世纪70—80年代,系统所发展了中国传统数学的算法化思想,提出了用计算机证明几何定理的高效代数方法——“吴方法”,开创了数学机械化这一新兴交叉学科方向。这是目前符号求解代数与微分代数方程组最完整的方法之一,已应用于解决机器人运动学、智能CAD、视觉定位、数控最优插补、密码分析、物理规律自动发现、天体运行中心构形等数学交叉科学问题,标志着我国在自动推理研究领域达到国际领先水平。哈密尔顿系统是表达一切守恒物理过程的数学形式,辛几何是哈密尔顿系统的数学基础。1984年,计算数学所提出了基于辛几何的哈密尔顿系统的计算方法,开创了这一计算物理、计算力学与计算数学相互交叉、渗透的新兴前沿领域,通过系统研究取得了一批奠基性原创成果,在国际上产生了重大影响,获1997年度国家自然科学奖一等奖。该算法已成为常微分方程和动力系统数值计算的主流研究方向,带来了科学和工程领域计算的革新,广泛应用于天体轨道演化、高能加速器设计、分子动力学模拟、数值天气预报、石油和天然气勘探、等离子体约束、计算量子化学等。此外,由北京天文台牵头建设的太阳磁场望远镜、陕西天文台建设的长波授时台系统,同时获1988年度国家科学技术进步奖一等奖;由上海天文台牵头建设的1.56米天体测量望远镜,获1992年度国家科学技术进步奖一等奖;由中科院南京天文仪器研制中心牵头建设的2.16米天文光学望远镜,获1998年度国家科学技术进步奖一等奖;由上海天文台牵头建设的65米射电望远镜(又称“天马望远镜”)在我国探月工程及深空探测中发挥了重要作用。北京正负电子对撞机是我国改革开放以来建成的第一台国家重大科技基础设施。该装置由高能所牵头建设,1983年4月立项,1984年10月开工,1988年10月建成,1990年10月投入运行,被《人民日报》称为“我国继原子弹、氢弹爆炸成功、人造卫星上天之后,在高科技领域又一重大突破性成就”,使我国在国际高能物理研究领域抢占一席之地。工程建设获1990年度国家科学技术进步奖特等奖。北京正负电子对撞机重大改造工程(BEPCⅡ)于2004年开工,2009年5月通过验收,获2011年度中国科学院杰出科技成就奖、2016年度国家科学技术进步奖一等奖。上海光源(SSRF)由上海应物所牵头建设,1998年3月立项,2004年12月开工,2010年1月通过验收。这是国际上性能指标领先的第三代同步辐射光源之一,也是我国已建成的规模最大的大科学装置。获2011年度中国科学院杰出科技成就奖、2013年度国家科学技术进步奖一等奖。兰州重离子加速器(HIRFL)由近代物理所牵头建设,1976年11月立项,1979年12月开工,1989年11月通过验收,是亚洲能量精度最高的中高能重离子加速器,获1992年度国家科学技术进步奖一等奖。在兰州重离子加速器上扩建多用途的冷却储存环(CSR)工程于1997年6月立项,2000年4月开工,2008年7月通过验收,获2009年度中国科学院杰出科技成就奖。合肥同步辐射光源(HLS)由中国科大牵头建设,1983年4月立项,1984年11月开工,1991年12月通过验收,是我国第一台以真空紫外和软X射线为主的专用同步辐射光源,获1995年度国家科学技术进步奖一等奖。二期工程于1997年4月立项,1999年5月开工,2004年12月通过验收。中国散裂中子源(CSNS)由高能所牵头建设,2008年9月立项,2011年10月开工,2018年8月通过验收,是国内首台、世界第四台脉冲型散裂中子源,技术指标和综合性能进入国际同类装置先进行列,使我国在强流质子加速器和中子散射领域实现了重大跨越。一系列大型加速器类大科学装置的建设运行,为我国物质科学、生命科学、材料科学、能源科学、环境和地球科学、地质考古学等众多学科前沿基础研究,以及微电子、微加工、石油化工、生物工程、医药和医疗诊治等领域高新技术研发提供了先进实验平台,支撑用户取得一批国际领先成果,为提升中国的综合科技实力作出了不可替代的重要贡献,带动和促进了相关产业发展。中科院是中国载人航天与探月工程的发起者、组织者之一,是科学与应用目标的提出者和实施者,50余家院属单位承担了大量重要工程任务和多项协作配套任务,突破了大批关键核心技术,为工程实施提供了强有力科技支撑。在载人航天工程中,由空间应用中心(原“空间科学与应用总体部”)牵头负责空间应用系统,在“神舟”系列飞船、“天宫一号”“天宫二号”“天舟一号”上共完成70余项空间科学与应用任务、560项有效载荷研制任务。持续创新发展了可见光、红外、高光谱成像和微波遥感技术,推动了我国空间对地观测技术的跨越发展;开创了我国系列化的生命科学、微重力流体和材料科学、基础物理、天文学等空间研究。2008年,首次实现了在轨二次释放卫星和对非合作目标的远距离逼近和精确绕飞。2016年,在“天宫二号”空间实验室任务中,完成三大科学领域的14项科学实验,其中空间冷原子钟将目前人类在太空的时间计量精度提高1—2个数量级,是空间量子科技领域发展的一个重要里程碑。“中国载人航天工程”“航天员出舱”“交会对接”(均含空间应用系统)分获2003年度、2009年度、2013年度国家科学技术进步奖特等奖、一等奖、特等奖。在探月工程中,国家天文台等负责科学目标制定、地面应用系统、探测有效载荷、测控系统甚长基线干涉测量(VLBI)、工程配套载荷和关重件研制、科学数据研究等六大任务。2004年至今,圆满完成“嫦娥一号”“嫦娥二号”“嫦娥三号”工程研制和科学探测任务,突破地月数传链路、地月VLBI测定轨、有效载荷、科学探测数据处理方法等关键技术,取得了在国际上首次获取全月面亮温及其分布规律、发现“嫦娥三号”着陆区一种新的岩石类型并重构了月球雨海区地质演化历史等一系列重大原创成果,为探月工程作出了突出贡献。“绕月探测工程”“嫦娥二号工程”分别获得2009年度、2012年度国家科学技术进步奖特等奖。北斗卫星导航系统是中国航天史上规模最大、系统建设周期最长、技术难度最复杂的航天系统工程,是我国自主建设、独立运行、与世界其他卫星导航系统兼容共用的全球卫星导航系统。中科院作为主要建设单位之一,微小卫星创新研究院、上海天文台、国家授时中心、武汉物数所和光电院等14个单位承担了北斗二号、全球系统试验卫星、北斗三号MEO全球组网卫星,引领我国先进卫星技术跨越发展,为北斗卫星导航系统全球组网作出了重要贡献。北斗卫星导航系统于2000年年底开始向中国及周边地区提供服务,2012年年底向亚太大部分地区提供服务,计划于2018年底服务“一带一路”沿线国家和地区,2020年完成全球组网,在交通运输、海洋渔业、水文监测、气象预报、大地测量、智能驾考、救灾减灾、手机导航、车载导航等诸多领域产生广泛经济社会效益,并为国家安全提供有力保障。自2011年开始,空间中心牵头、院内外众多单位协同参与实施中科院空间科学战略性先导科技专项,通过自主和国际合作科学卫星计划,在相关科学前沿领域实现一系列重大突破,并带动相关高技术发展。2016年4月6日,我国首颗微重力科学实验卫星“实践十号”成功发射,科学目标是研究揭示微重力和空间辐射条件下物质运动及生命活动规律,促进生命科学等基础研究和地面生物工程、新材料等高技术发展。该卫星返回舱于4月18日成功返回,完成的19项科学实验中15项为国际首次,取得一批重要研究成果。此外,2016年12月22日,中科院还成功发射了我国首颗、世界第三颗全球二氧化碳监测科学实验卫星,该卫星可以每季度获取全球大气二氧化碳分布图和全球植被叶绿素荧光分布图,其获得的卫星数据向全球开放共享。该卫星为温室气体排放、碳核查等领域研究提供基础数据,为节能减排等宏观决策提供数据支撑,增加我国在国际碳排放方面的话语权。“蛟龙号”载人深潜器是我国首台自主设计、自主集成研制的作业型深海载人潜水器,也是目前全球下潜能力最深的作业型载人潜水器。声学所、沈阳自动化所分别完成了“蛟龙号”三大国际领先技术中的两项攻关任务(声学系统、控制系统),获2013年度中国科学院杰出科技成就奖。“蛟龙号”于2012年6月27日创造了最大下潜7 062米的中国载人深潜纪录,标志着我国载人深潜技术跻身世界先进行列,其研发与应用获2017年度国家科学技术进步奖一等奖。2012年9月,海洋所建成“科学号”海洋科学综合考察船,具有全球航行能力及全天候观测能力,是我国综合性能最先进的科考船。以此为核心,构建了国际一流的深远海综合探测体系,显著提高我国深远海探测与研究能力,获2015年度中国科学院杰出科技成就奖。2016年6—8月,深海所组织中科院深渊科考队在马里亚纳海沟挑战者深渊开展了我国首次综合性万米深渊科考活动,多型设备突破万米深度,获取大量万米深渊生物和环境样品,标志着中国深渊科考挺进万米时代。沈阳自动化所自主研发了万米级自主遥控水下机器人“海斗号”(2017年2月实现最大深度10 888米),成为继日本、美国之后第三个具备研制万米级无人潜水器能力的国家。2017年,沈阳自动化所自主研发的“海翼号”水下滑翔机3次突破水下滑翔机的世界下潜深度纪录,最大下潜深度达6 329米,海上连续工作时间超过3个月,使我国成为继美国之后第二个具有跨季度自主移动海洋观测能力的国家。声学所、沈阳自动化所和理化所参与研制、深海所牵头负责海试的“深海勇士号”是我国第二台拥有自主知识产权的深海载人潜水器,水下工作深度达4 500米,国产化率高达95%。2017年8—10月在南海成功进行了载人深潜工程试验。2018年3—6月,“深海勇士号”在我国南海围绕深海科学、深海考古、深海救援等多个应用场景开展了高频次、高强度及复杂海况条件下的下潜作业,取得了丰硕成果。此外,从20世纪80年代开始,南海海洋所牵头,会同全国32个单位开展南沙群岛及其邻近海区的综合科学考察,获得水文、地质、生物及油气资源等大量数据和资料,在丰富发展我国热带海洋科学基础理论的同时,为维护我国南沙群岛主权与海洋权益提供了重要科学依据,对南海资源开发、环境保护和综合管理等具有重要应用价值。在量子通信研究方面,中国科大在发展远距离量子通信网络技术上处于国际领先水平。2012年2月,建成国际上首个规模化的城域量子通信网络。2017年8月,世界首颗量子科学实验卫星“墨子号”在国际上首次实现千公里星地双向量子纠缠分发、星地高速量子密钥分发、地星量子隐形传态;“天宫二号”成功实现了基于小型化终端的星地量子密钥分发。2017年9月,世界首条连接多个城市的量子通信“京沪干线”正式开通;同时,结合“京沪干线”和“墨子号”的天地链路,实现了世界首次洲际量子视频通信,标志着我国已构建天地一体化广域量子通信网络雏形。在量子计算研究方面,中国科大在多粒子量子纠缠的制备与操纵上处于国际领先地位,从2004年开始始终保持着纠缠光子数目的世界纪录。2015年,在国际上首次成功实现多自由度量子体系的隐形传态,被英国物理学会评为当年度国际物理学十项重大突破榜首。多光子纠缠及干涉度量学研究成果获2015年度国家自然科学奖一等奖。2016年12月,在国际上首次实现十光子纠缠,再次刷新了光子纠缠态制备的世界纪录。2017年5月,自主研制成功世界首台基于单光子的量子计算机原型,实现了10个超导量子比特的纠缠,入选第四届世界互联网大会领先科技成果。2018年2月,联合阿里云开发的量子计算云平台上线,成为继IBM后全球第二家向公众提供10比特以上量子计算云服务的系统。2018年7月,在国际上首次实现18个光量子比特的纠缠,刷新了所有物理体系中最大纠缠态制备的世界纪录。上海微系统所历经30余年的努力,分别突破绝缘体上硅(SOI)和12英寸大硅片技术,先后成功研发出拥有核心自主知识产权的4—8英寸SOI和12英寸大硅片并实现产业化,制定了我国首部SOI技术企业标准,打破了国外技术封锁,跻身国际高端硅基材料市场,是我国硅集成电路技术和微电子材料的重大突破。获2006年度国家科学技术进步奖一等奖、2007年度中国科学院杰出科技成就奖。微电子所牵头组织全国性产学研用联盟,通过7年攻关,先后突破22纳米高K介质/金属栅工程、14纳米FinFET器件、新型闪存器件、可制造性设计等关键技术,在关键工艺模块上形成较为系统的知识产权布局(专利2 406项,其中国际专利483项),并于2013年首次实现向大型制造企业的许可转让,进入产业化开发阶段,为我国纳米级极大规模集成电路产业技术升级提供了技术支撑。获2014年度中国科学院杰出科技成就奖。1995年,计算所突破了大规模并行处理的一些关键技术,研制成功曙光1000大规模并行机系统,获1997年度国家科学技术进步奖一等奖。2004年研制成功的曙光4000系列高性能计算机具有十万亿次浮点运算能力,使中国高性能计算技术和产业跻身世界前十,获2005年度中国科学院杰出科技成就奖。2008年研制成功的曙光5000A在第32届全球高性能计算机TOP500排行榜上继续位列第十。2010年研制成功的曙光“星云”是我国首台实测性能超千万亿次的超级计算机,排名世界第二。2009— 2016年,曙光系列超级计算机连续8年蝉联中国高性能计算机市场份额第一。2002年,计算所成功研制出我国首款自主研发的通用处理器芯片“龙芯1号”,标志着我国初步掌握了当代通用处理器芯片的关键设计技术。2003年,成功研制出我国首款64位通用处理器芯片“龙芯2B”;2009年,成功研制出我国首款多核通用处理器芯片“龙芯3A”。获2003年度中国科学院杰出科技成就奖。经过10余年的研发,“龙芯”已经形成了嵌入式应用、桌面应用、服务器等3个产品系列,应用于北斗导航卫星、党政办公、数字电视、教育、工业控制、网络安全和国防等重要领域。近年来,该所研制出国际上首个深度学习处理器芯片——“寒武纪”,相对通用处理器等传统芯片可提升智能处理能效100倍以上,应用于华为Mate10、荣耀V10和P20等数千万部手机上。2016年11月,入选第三届世界互联网大会领先科技成果。2016年,孵化出世界首个人工智能芯片独角兽公司。1983年,软件所基于时序逻辑的软件工程环境的理论与设计研究,提出了世界上第一个可执行时序逻辑语言XYZ/E,可支持软件开发的全过程,获1989年度国家自然科学奖一等奖。1985年,计算所孵化的联想集团成功研制联想式汉字微型机系统LX-PC,获1988年度国家科学技术进步奖一等奖;1990年,成功开发出联想ELSA486/50微机及测试系统,获1992年度国家科学技术进步奖一等奖。1995年,沈阳自动化所牵头研制出6 000米级无缆自治水下机器人(CR-01),1995年、1997年两次赴太平洋开展调查工作,使我国具有了对除海沟以外绝大部分海域进行详细探测的能力,相关技术与能力跻身世界前列,获1998年度国家科学技术进步奖一等奖。2012年,沈阳自动化所自主研制出中国首台6 000米无人无缆潜器(AUV)“潜龙一号”,具有自动定向、定深、定高、垂向移动、横向运动、位置和路径闭环控制、水面遥控航行等功能。2014年,“潜龙二号”研制成功,具有高智能自主避障能力和稳定航行控制能力,标志着我国水下自主机器人技术达到国际先进水平。在核裂变领域,2011年,近代物理所牵头开展加速器驱动系统(ADS)关键核心技术研究,2016年在国际上首次提出加速器驱动先进核能系统方案并建成样机,集安全处理核废料、增殖核燃料和产能于一体,可将铀资源利用率由目前不到1%提高到95%以上,处理后核废料量不到乏燃料的4%,放射寿命由数十万年缩短到约500年。近年来,上海应物所牵头建成钍基熔盐堆(冷)实验研究基地,实现钍铀循环、堆本体工程设计、系列高温熔盐回路、安全与许可等原型系统与一系列关键技术突破,引领国际钍基熔盐堆研发,并为建设实验堆奠定了科技基础。2002年,上海光机所突破光学参量啁啾脉冲放大超强超短激光新原理系列关键科学技术,获得峰值功率高于国际同类研究一个量级的16.7太瓦激光输出,获2004年度国家科学技术进步奖一等奖。2011年,物理所采用高对比度啁啾脉冲放大技术,在国际上首次利用飞秒钛宝石放大激光装置获得大于1拍瓦的峰值功率。2013年和2016年,上海光机所相继研制成功创当时世界最高激光峰值功率纪录的2拍瓦和5拍瓦激光系统。2017年率先实现10拍瓦激光放大输出,引领超强激光科学国际前沿。自20世纪60年代以来,作为我国激光惯性约束聚变(ICF)装置研究的发源地和核心团队,上海光机所先后完成了神光Ⅰ、神光Ⅱ系列高功率激光装置建设,为高能密度物理前沿研究和国家战略高技术发展提供了核心战略支撑。1986年建成的神光Ⅰ装置(激光12号实验装置),标志着我国ICF五位一体实验研究的重大突破,获1990年度国家科学技术进步奖一等奖;2001年建成的神光Ⅱ装置和2005年成功研制国内唯一的多功能探针系统;2017年通过验收的神光驱动器升级装置成为我国ICF研究核心快点火与先进闪光照相能力综合研究平台。衍射光栅是一种具有纳米精度周期性微结构的精密光学元件,是各类光谱仪器的“心脏”,在天文学、光通信、激光器、信息存储、惯性约束激光核聚变等众多领域中有重要应用。将光栅做大做精是世界性难题,而光栅刻划机作为制作光栅的母机,被誉为“精密机械之王”。长春光机所经过多年努力,突破一系列关键核心技术,于2016年11月自主研制成功大型高精度衍射光栅刻划系统,并成功刻划出世界最大面积的中阶梯光栅(400毫米×500毫米),解决了我国光谱仪器“有器无心”的问题,打破了国外垄断和封锁,提升了我国光谱仪器产业迈向高端和拓展国际市场的能力。大口径光学反射镜是高分辨率空间对地观测、深空探测和天文观测系统的核心元件,碳化硅(SiC)陶瓷材料是国际公认的高性能反射镜材料,我国完全依赖进口,长期受制于人。长春光机所完成了国际公开报道中最大口径4米的碳化硅非球面反射镜制造——碳化硅镜坯制备、非球面加工检测以及改性镀膜,核心制造设备和制造工艺具有自主知识产权,并于2018年8月通过验收。该成果标志着我国在大口径光学制造领域取得重大技术突破,形成大口径系列反射镜研制能力,对我国基础研究、防灾减灾、公共安全、国防安全等具有重要战略意义。在20世纪60年代珠穆朗玛峰等地区综合科学考察的基础上,1973—1980年,中科院自然资源综合考察委员会联合全国近80个单位的上千名专家,开展了全面、系统的第一次青藏高原综合科学考察,积累了大量第一手科学考察资料,在青藏高原隆起及其对自然环境与人类活动影响等多个方面取得了开创性成果,填补了青藏高原研究空白,确立了我国在青藏高原综合科学研究方面的世界领先地位,也为青藏高原生态保护和经济社会发展提供了科学依据。获1987年度国家自然科学奖一等奖。2017年8月,青藏高原所牵头发起第二次青藏高原综合科学考察研究,聚焦水、生态、人类活动,通过长期大尺度定位监测和大规模系统深入调查,创新考察研究的技术、手段和方法,对青藏高原的水、生态、人类活动等环境问题进行研究,揭示青藏高原环境变化机理及其对人类社会的影响,将对推动青藏高原可持续发展、优化生态安全屏障体系、推进国家生态文明建设、促进全球生态环境保护产生重要和深远的影响。寒旱所通过气候变化-冻土-工程-环境的综合研究,创造性地提出了冷却路基、降低多年冻土温度的设计新思路,并开展工程技术措施集成研究和工程示范,为铁路建设提供了科学依据和设计参数;提出动态反馈设计新理念,实现了工程设计从静态向动态的转变;构建了青藏铁路多年冻土工程稳定性的长期监测平台,支撑保障青藏铁路长期运营和维护。在深部资源探测理论方面,地质地球所建立了“华北克拉通破坏”理论体系,发展了板块构造理论和地磁极性转换场形态学理论,引领了大陆演化研究,提升了我国固体地球科学研究的国际地位;揭示了华北中生代大规模成矿与克拉通破坏的内在联系,提出了成矿预测新模型,为我国深部资源探测提供了科学依据。获2014年度中国科学院杰出科技成就奖。在深部资源探测技术和装备方面,地质地球所研发了具有自主知识产权的高性能磁场传感器和地面电磁探测系统,提出了短偏移瞬变电磁勘探方法,解决了相关配套材料和工艺问题,使主动源电磁探测深度从几百米拓展到几公里,可大范围实现大深度、高精度、快速度、低成本探测。获2015年度中国科学院杰出科技成就奖。近年来,地质地球所牵头研制出卫星磁测载荷、航空超导全张量磁梯度测量装置、航空瞬变电磁勘探仪、探矿重力仪、多通道大功率电法勘探仪、金属矿地震探测系统、深部矿床测井系统、组合式海底地震探测装备等8套装备,关键技术填补国内空白,多项技术指标达到国际水平,部分装备打破国外垄断,支撑我国“向地球深部进军”。20世纪70—80年代,中科院组织院内外众多科研单位和上千名科技工作者,在京津冀鲁豫皖苏等五省二市,针对旱、涝、盐碱等多种自然灾害造成粮食产量长期低而不稳等情况,创建了黄淮海平原中低产地区农业综合治理模式,经过20余年的科技攻关与生产实践,改造中低产田1 378万亩,使粮食亩产由194公斤上升到1 000公斤,农业生态环境、农业生产条件得到极大改善,农民生活水平明显提高。“黄淮海平原中低产地区综合治理的研究与开发”获1993年度国家科学技术进步奖特等奖。在此基础上,2013年,中科院与科技部联合冀鲁辽津等省市,启动实施了“渤海粮仓科技示范工程”,针对环渤海低平原区淡水资源匮乏、盐碱荒地制约粮食生产和现代农业发展问题,重点突破土、肥、水、种等关键技术,集成构建不同类型区粮食增产技术体系,建立规模化示范区,取得一系列重大进展和成果。2013—2017年累计推广8 016万亩,实现增粮105亿公斤,节水43亿立方米;预计到2020年,实现年增产50亿公斤。山西煤化所自主研发了高温铁基浆态床煤炭间接液化技术,关键技术指标国际领先,获2005年中国科学院杰出科技成就奖。以该技术为核心建设的首批3个百万吨级产业化示范项目取得了重大进展,神华宁煤400万吨/年和内蒙古伊泰杭锦旗100万吨/年煤炭间接液化项目已分别成功地实现了满负荷和超负荷运行;山西潞安100万吨/年煤炭间接液化示范项目也已投产出油,正在向满负荷运行迈进。该技术成功实现规模化工业示范和推广应用,标志着我国掌握了世界领先的百万吨级煤炭间接液化工程的工业核心技术。2008年,福建物构所世界首创万吨级一氧化碳气相催化合成草酸酯和草酸酯催化加氢合成乙二醇(煤制乙二醇)成套技术,在内蒙古通辽市成功实现了世界首套20万吨/年煤制乙二醇工业示范装置,改变了我国乙二醇原料长期依赖进口的局面,获2009年度中国科学院杰出科技成就奖。已技术许可6套装置并建成投产运行,形成120万吨产能。煤炭清洁高效利用核心技术和工业示范,提升了我国新型煤化工领域的研究水平,突破了一批战略性关键技术,在若干方向上占据了国际技术制高点,为企业转型、产业升级和战略性新兴产业发展提供了关键技术支撑,对我国发挥煤炭资源优势、缓解石油资源紧张局面、保障能源安全、保护生态环境具有重要战略意义。1984年,金属所在钛镍钒急冷合金中发现具有5次对称的二十面体准晶,有力地论证了准晶的存在,打破了固体材料传统的晶体和非晶体分类标准,为物质微观结构及材料研究打开了全新的研究领域。获1987年度国家自然科学奖一等奖。该成果及后续有关研究工作为推动航空航天准晶热障涂层、太阳能选择性吸收薄膜、准晶复合材料、准晶热电材料等新材料研发及应用积累了理论基础。2009年,动物所以合作方式,首次利用诱导性多能干细胞(iPS细胞),通过四倍体囊胚注射得到存活并具有繁殖能力的小鼠,在世界上第一次证明了iPS细胞的全能性,为进一步研究iPS技术在干细胞、发育生物学和再生医学领域的应用提供了技术平台。获2013年度中国科学院杰出科技成就奖。此后,该所还率先建立哺乳动物孤雄和孤雌单倍体胚胎干细胞系,并形成具有国际优势的功能基因筛选和研究的技术体系;发现孤雌单倍体干细胞经过基因组印记修饰后可以替代精子,建立了“同性生殖”新方法等。2016年,分子细胞科学卓越创新中心成功利用转分化技术构建肝细胞,开发出新型生物人工肝,治疗并挽救10多例肝衰竭病患,并实现产业转化。上海药物所创新性地研制出丹参多酚酸盐及其粉针剂,于2005年5月获得新药证书和生产批件,被中国制药行业评为最具市场竞争力医药品种。2006年投产以来,累计销售收入超过200亿元,惠及1 500万名以上患者,对我国中药现代化具有示范带动作用。获2013年度中国科学院杰出科技成就奖。经过20多年的努力,2018年7月17日,上海药物所合作研发的甘露寡糖二酸(GV-971)完成临床三期试验,治愈效果明显,标志着我国具有自主知识产权的治疗阿尔茨海默病新药取得重大突破。GV-971新颖的作用模式与独特的多靶作用特征,颠覆了世界医学界对阿尔茨海默病发病机理的传统认识,为阿尔茨海默病药物研发开辟了新路径。遗传发育所历经50多年不懈努力,通过系统的远缘杂交研究,培育出小麦与偃麦草远缘杂交的“小偃”系列小麦新品种,为小麦染色体工程育种开辟了一条新途径。其中“小偃6号”不仅推广面积大、时间长,又是我国小麦育种最重要的骨干亲本之一,已衍生出高产优质小麦品种80余个。该所2006年通过国家审定的小麦品种“科农199”,成为黄淮麦区的主栽品种之一。该所经过10余年攻关,综合运用基因组学、计算生物学、系统生物学、合成生物学等手段,创建新一代水稻超级品种培育的系统解决方案和育种新技术。在理论上深度解析了水稻耐寒性、杂种优势、广谱抗病与产量平衡等方面的分子机制;培育出适应东北稻区和长江中下游稻区等多个不同生态区的水稻模块新品种,如“中科804”“中科902”“嘉优中科”系列等,实现了水稻优质高产多抗的协同改良。该成果标志着我国初步建立起分子模块育种技术新体系,在现代育种理论研究和新一代设计型品种培育方面走在世界前列,是继农业“绿色革命”和杂交水稻后的第三次重大突破。获2013年度中国科学院杰出科技成就奖、2017年度国家自然科学奖一等奖。针对我国近海渔业资源严重衰退、海洋生态环境严重恶化等突出问题,海洋所从20世纪70年代开始,提出在近岸海域实施“海洋农牧化”的创新思路,在山东胶州湾和广东大亚湾进行了试验示范,重点围绕鱼类、对虾、海参、贝类、藻类等优势水产经济种类,开展优质新种质创制与健康养殖技术研发,建立海湾型、岛礁型等可复制、可推广的海洋生态牧场模式,为实现渔民增收、渔业增效、产业升级提供技术和装备支撑。其中,“海湾扇贝引种、育苗、养殖研究及应用”获1990年度国家科学技术进步奖一等奖。在此基础上,该所持续创新海洋生态环境构建关键技术与设施,制定了海洋生态牧场建设标准,实现了海洋生态环境从局部修复到系统构建的发展、生物资源从生产型修复到生态型修复的发展、资源环境从单一监测评价到综合预警预报的发展。2015—2017年,在大连、唐山、烟台、日照等地建设了5个海洋生态牧场示范区,应用示范推广面积达45.6万亩,生态环境显著改善,生态系统更趋稳定,核心区多保持在一类水质,经济生物种类增加29%—46%,资源量增加2倍以上,渔户平均年收入由5万元提高到11万元,经济效益突破55亿元,推动了海洋渔业的技术革新、产业升级和可持续发展。长期以来,中科院秉持创新为民、科技报国理念,积极发挥科技和人才优势,开展地震、洪涝、滑坡、泥石流、干旱、沙尘暴、火灾、赤潮等自然灾害遥感监测和防治技术研发,提出一系列防灾减灾理论与方法,研制出一批救灾急需的高端设备,发挥了重要科技支撑作用,为国家和区域防灾救灾重大决策提供了科学、及时的智库支持,为保障人民生命财产安全作出了积极贡献。在2008年四川汶川地震、2010年青海玉树地震和甘肃舟曲泥石流灾害、2013年四川雅安地震、2014年云南鲁甸地震等灾害中,遥感地球所、成都山地所、地理资源所、上海微系统所、心理所等20多家单位,利用卫星和航空遥感监测技术、无人机等灾害监测装备、应急能源、无线应急通信设备、搜救机器人、地理信息数据和演示系统、防病防疫、低成本医疗、应急饮水设备、心理救助、资源环境承载能力评价等方面的科技积累和技术人才优势,在应急救灾、灾害排查、次生灾害防治、灾后恢复重建等方面,提供了重要的技术支撑保障和决策咨询服务。1988年以来,中科院整合有关研究所野外观测研究站,建立了中国生态系统研究网络(CERN),旨在通过对全国不同区域和不同类型生态系统的长期监测与试验,结合遥感与模型模拟等方法,研究我国生态系统的结构与功能、过程与格局的变化规律,开展生态系统优化管理与示范,提高我国生态学及相关学科研究水平,为我国生态与环境保护、资源合理利用和国家可持续发展及应对全球变化等提供长期、系统的科学数据和决策依据。经过30年建设发展,CERN已成为集生态系统动态监测、科学研究、技术示范、科技咨询和科普教育为一体的国家科技平台,包括44个生态站、5个学科分中心和1个综合研究中心,积累了大量监测和实验数据,取得了一系列研究成果,推动了我国生态环境领域科技进步和生态文明建设。获2012年度国家科学技术进步奖一等奖。沙漠所沙坡头沙漠试验研究站始建于1955年,是中科院最早建立的野外长期综合观测研究站。基于大量监测和试验,研究提出了“以固为主、固阻结合”的沙区铁路防护体系模式,保障了穿越流动沙丘的包兰铁路建设和顺利运行,并得到广泛推广。“包兰线沙坡头地段铁路治沙防护体系的建立”获1988年度国家科学技术进步奖特等奖。沙坡头沙漠试验研究站于1992年加入CERN,2006年成为国家野外科学观测研究站。20世纪中期开始,地理所(现“地理资源所”)和南京地理所主持开展了我国综合农业区划工作,1981年编制出我国第一部《中国综合农业区划》,首次全面、系统地论述了我国农业资源特点、生产状况以及农业区划方案,为我国农业生产结构和布局的宏观决策提供了重要的科学依据,为我国后续农业区划工作奠定了理论和实践基础。获1985年度国家科学技术进步奖一等奖。1984年,地理资源所提出了我国社会经济空间组织的“点-轴系统”理论及国土开发与经济布局的“T型”空间构架,科学反映了我国经济发展潜力的空间组合框架,1987年被写进《全国国土规划纲要》。此后,该所创建了地域功能理论和主体功能区划技术规程,研编出我国首部全国主体功能区划方案,被纳入国家规划并提升为国家战略和基础制度,获2009年度中国科学院杰出科技成就奖。2015年,该所利用创建的区域资源环境承载能力系列研究方法和预警模型,首次对全国区域可持续发展状态进行了诊断。上述成果对推动我国国土空间治理体系和治理能力现代化、促进生态文明建设起到重要作用。