科创中国·成果

数字3D重构首个完整人类原肠胚模型

中国科学院动物研究所、北京干细胞与再生医学研究院以及中国农业大学的研究人员，首次用数字3D重构了首个完整人类原肠胚模型。4月23日，相关研究成果发表在《细胞》杂志上。

研究发现，通过人类原肠胚的3D重构，可以精确地看到每一种细胞在胚胎中的相对分布位置。研究将空间位置信息与细胞类群信息、基因表达信息相结合，可以更加精确地定义不同的细胞类型，并分析其与周围细胞的作用关系。以中胚层细胞的形成为例，该研究借助3D重构胚胎并依据空间位置和特征基因进行分析表明中胚层可能在尚未迁出原条时便已发生细胞命运决定，并依据决定好的命运迁移到相应位置上。此项研究成果填补了原肠胚阶段人类胚胎各细胞谱系发育知识空白。

出于生命伦理的考虑，人类胚胎的体外培养被限制在14天内，即“14天规则”。而人类原肠运动发生在受精后14～21天，被认为是人类发育的“黑匣子”。基于多能干细胞体外构建的类胚胎结构能够在一定程度上帮助科学家认识这一过程，但受到技术的限制，目前类胚胎尚不能完全真实地反映胚胎发育轨迹。

因此，研究自然情况下胚胎原肠运动发育景观，对探讨早期胚胎发育异常导致的流产和胎儿疾病的发病机制具有重要的临床意义，并有望为构建体外类胚胎模型提供蓝图。

我国推力最大液体动力点火试验圆满成功

4月28日，由中国航天科技集团六院自主研制的130吨泵后摆液氧煤油发动机完成四机并联点火试验，发动机总推力超500吨，这是我国液体动力发展史上推力最大、系统最为复杂的一次发动机点火试验，是首次大推力液氧煤油发动机四机并联点火试验，对四机并联方案进行了“全面体检”，为今年新型火箭首飞奠定了坚实的动力基础。

六院研制团队突破高温高压大流量富氧燃气摇摆装置等关键技术，并进一步优化了泵后摆发动机系统方案，解决了大功率旋转机械振动控制等难题。六院研制团队还通过深入的机理分析和大量的数字仿真，攻破了起动同步性、复杂力热耦合环境、故障识别与处置、垂直装配与整体交付、试验及测控等多项技术难题，确保了发动机和四机并联方案的稳妥可靠。

试验后，发动机经检测处理，将交付飞行应用。

地表最强“空气充电宝”来了

4月30日，中国科学院研发的国际首套300兆瓦先进压缩空气储能国家示范电站在山东肥城首次并网发电成功。这是目前国际上规模最大、效率最高、性能最优、成本最低的新型压缩空气储能电站。

据介绍，该电站建设规模为300兆瓦/1800兆瓦时，采用中国科学院工程热物理研究所自主研发的先进压缩空气储能技术，利用山东肥城市丰富的地下盐穴资源，通过空气为介质在电网侧进行大规模电力储能，具有规模大、效率高、寿命长、清洁无污染、安全性高等优点，并可实现连续放电6小时，年发电约6亿千瓦时，可有效提升区域电网的调峰能力，促进风电、光电等新能源消纳，每年可节约标准煤约18.9万吨，减少二氧化碳排放约49万吨。

“香山”开源“芯”贡献

4月29日下午，2024中关村论坛年会重大成果专场发布会在中关村国际创新中心举办。会上发布由中国科学院计算技术研究所、北京开源芯片研究院开发的第三代“香山”开源高性能RISC-V处理器核，是国际上首次基于开源模式、使用敏捷开发方法、联合开发的处理器核。

第三代“香山”主频达到3GHz@7nm，SPECINT2006评分为15分/GHz，性能水平已进入全球第一梯队，可广泛应用于服务器芯片、AI芯片、GPU、DPU等高端芯片领域，为先进计算生态提供开源共享的共性底座技术支撑。

中国科学院计算技术研究所副所长、北京开源芯片研究院首席科学家包云岗进一步介绍称，“目前香山已经初步形成了一种应用态势，预计2025年会有一批基于‘香山’的高端芯片进入市场进而被应用。”

光子的分数量子反常霍尔态实现

日前，中国科学技术大学潘建伟院士团队，在国际上首次实现了光子的分数量子反常霍尔态，为高效开展更多、更新奇的量子物态研究提供了新路径，助力推进“第二次量子革命”。相关研究成果在线发表于《科学》杂志。

人工搭建的量子系统结构清晰、灵活可控，是一种“自底而上”研究复杂量子物态的新范式。“这种方法的优势在于它提供了更高的灵活性和可控性，研究者可以精确地控制每一个组件，从而更好地理解和操纵量子系统。”论文共同通讯作者、中国科学技术大学教授陆朝阳说，这类技术被称为量子模拟，是“第二次量子革命”的重要内容，有望在近期应用于模拟经典计算困难的量子系统并达到“量子计算优越性”。

可批量制造的新型光学“硅”与芯片技术诞生

5月8日，中国科学院上海微系统与信息技术研究所研究员欧欣团队在钽酸锂异质集成晶圆及高性能光子芯片制备领域取得突破性进展。相关研究成果发表在《自然》杂志上。

铌酸锂有“光学硅”之称，以硅光技术和薄膜铌酸锂光子技术为代表的集成光电技术近年来备受关注。据欧欣介绍：“相较于薄膜铌酸锂，薄膜钽酸锂更易制备，且制备效率更高。同时，钽酸锂薄膜具有更宽的透明窗口、强电光调制、弱双折射、更强的抗光折变特性，这种先天的材料优势扩展了钽酸锂平台的光学设计自由度。”

欧欣团队采用基于“万能离子刀”的异质集成技术，通过氢离子注入结合晶圆键合的方法，制备了高质量硅基钽酸锂单晶薄膜异质晶圆。进一步，与合作团队瑞士洛桑联邦理工学院开发了超低损耗钽酸锂光子器件微纳加工方法，使对应器件的光学损耗降低至5.6dB·m-1。该研究结合晶圆级流片工艺，探讨了钽酸锂材料内低双折射对于模式交叉的有效抑制，并验证了可以应用于整个通信波段的钽酸锂光子微腔谐振器。钽酸锂光子芯片展现出与铌酸锂薄膜相当的电光调制效率，同时基于钽酸锂光子芯片，该研究首次在X切型电光平台中产生了孤子光学频率梳，结合电光可调谐性质，有望在激光雷达和精密测量等方面实现应用。