2018年2月全球基礎研究重點領域動態

1、生命健康領域

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中美開發人工智慧系統可精確診斷多種疾病

廣州醫科大學聯合美國加州大學聖地亞哥分校等機構開發了一種新的人工智慧疾病診斷系統。該系統利用遷移學習（transfer learning）技術，可準確區分多種眼部疾病（如老年性黃斑變性和糖尿病性黃斑水腫），也適用於判斷細菌性/病毒性小兒肺炎。

該系統表現出高準確度和高靈敏度的特點，未來可應用於多種類型疾病的精確診斷。相關研究2月22日發表在《細胞》上。（上海生命科學信息中心 施慧琳）

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美國開發新型Cas9酶大幅提升CRISPR適用範圍和特異性

美國哈佛大學研究人員開發了一種新型Cas9酶——xCas9。與目前廣泛使用的SpCas9酶相比，xCas9在轉錄激活、DNA剪切、單鹼基編輯等方面擴大了應用範圍，這意味著利用CRISPR基因編輯技術對目前已知致病性基因突變修改的可能性從原來的不到三成提升至七成以上。同時，xCas9的特異性也顯著提升，部分序列的脫靶效應僅為採用SpCas9時的1%。

該研究實現了能夠應用在哺乳動物細胞中的、適用範圍最廣泛的Cas9變體；首次全面提升了CRISPR基因編輯系統的適用範圍、DNA特異性和剪切活性；並為未來CRISPR系統在轉錄激活、基因敲除和單鹼基基因編輯的廣泛應用提供了有利條件。相關研究2月28日發表在《自然》上。（上海生命科學信息中心 施慧琳）

2、信息科技領域

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中國科大開發出世界首個半導體三量子比特邏輯門

開發與現代半導體工藝兼容的半導體全電控量子晶元是量子計算機研製的重要方向之一。半導體量子點量子比特的製備、操控和多比特擴展是該研究方向的核心任務。中國科學技術大學郭國平教授領銜的聯合研究團隊創新性地設計並製備了半導體六量子點晶元，成功實現了世界首個基於半導體量子點體系的三電荷量子比特Toffoli邏輯門，為可擴展、可集成化半導體量子晶元的研製奠定了基礎。相關研究2月15日發表在《物理評論應用》上。（中國科學院科技戰略諮詢研究院 王海名）

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美國研製出具備超快信息處理能力的超導人造突觸

神經形態計算被認為代表了未來人工智慧的重要發展方向。神經形態設備模仿人腦的突觸和神經元，能更高效地處理和學習數據，但現有此類設備的效率較低。美國國家標準與技術研究院的研究人員利用鈮超導體製造出了類神經元的電極，並用數千個納米磁錳團簇填充超導體之間的空隙，獲得了新的人造突觸。通過改變人造突觸內磁場的大小，納米團簇能對齊並指向不同方向，以此實現對信息的編碼。

研究表明，這些人造突觸每秒能傳遞信息十億次，其速度比人類神經元快幾個數量級，且消耗的能量僅為生物突觸的千分之一。但研究人員也指出，複雜的計算可能需要數百萬個突觸，而且這種人造突觸只能在接近絕對零度（攝氏零下273.15度）的溫度下運行，因此需要配備冷卻裝置。該成果是神經形態計算設備發展史上的里程碑，有望應用於未來的類腦計算機中。相關研究1月26日發表在《科學進展》上。（武漢文獻情報中心 鄧阿妹）

3、空間科技領域

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美國科學家給出迄今最精確哈勃常數值

2015年以來，根據宇宙微波背景（CMB）推算出的哈勃常數與根據傳統天文學方法計算的值不相符，被認為是「現代宇宙學的天空中出現的一個裂縫」。美國約翰?霍普金斯大學天文學家A. Riess（2011年諾貝爾物理學獎得主）領銜的研究團隊通過「哈勃」天文望遠鏡對距離地球更為遙遠的數顆變星的觀測，獲得了迄今為止最為精確的宇宙膨脹速度值（約73千米/秒/百萬秒差距），再次證明了宇宙膨脹速度比理論預測值（67-69千米/秒/百萬秒差距）快。

多數科學家認為這一差別無法用統計學誤差來解釋，如果這種不一致的情況持續下去，可能意味著目前的宇宙學理論模型存在缺失情況，將會導致新物理學的誕生。相關研究1月31日發表在《天體物理學報》上。（中國科學院科技戰略諮詢研究院 王海名）

4、地球科學領域

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美國科學家發現北半球永久凍土區中含7.93億千克汞

2004-2012年期間，美國地質調查局研究人員從阿拉斯加的不同地點鑽取了13個永久凍土芯，測量了每個鑽孔土芯中的汞含量，並據此估算了末次冰期以來北半球永久凍土區總汞儲量。研究發現，北半球永久凍土區中含有7.93億千克汞，約是過去30年人類排放汞總量的10倍。此外，北半球永久凍土區和解凍土區共含有16.56億千克汞，這也使得北半球成為名副其實的最大汞庫。

隨著全球變暖，北半球永久凍土將逐漸融化，封存在其中的汞可能隨之釋放，並對人類和生態環境產生重大影響。該研究為決策者提供了全新的數據。相關研究2月5日發表在《地球物理研究通訊》上。（蘭州文獻情報中心 劉文浩）

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中英聯合核算中國及省域二氧化碳排放量

準確地核算二氧化碳排放量是中國實施減排政策的先決條件。目前，國際學術機構對中國二氧化碳排放量的估算值與中國官方的估計值存在較大差異。此外，現有的數據集只包括國家層面的二氧化碳排放量，幾乎沒有根據化石燃料類型和工業部門發布的中國及其30個省份的排放清單。

來自清華大學和英國東英吉利大學、劍橋大學、倫敦大學的研究人員遵循政府間氣候變化專門委員會（IPCC）基於國家領土的排放核算方法，更加科學地構建了1997-2015中國及其30個省份二氧化碳排放清單，包括能源相關排放（47個行業的17種化石燃料）和過程相關（水泥生產）排放。

相比國際組織全球碳計劃（GCP）發布的「全球碳預算」報告，此次構建的排放清單表明中國二氧化碳排放總量被高估了約9%-18%。統一格式的排放清單將為中國減排政策的制定以及環境問題研究提供數據支持。相關研究1月16日發表在《科學數據》上。（蘭州文獻情報中心 曾靜靜）

5、基礎交叉前沿

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美國科學家發現可在5000°C存在的超離子冰

美國勞倫斯利弗莫爾國家實驗室Marius Millot研究團隊在約5000°C高溫下，首次創造出一種由帶正或負電荷的原子組成的 「超離子冰」——是一種奇特的水的物質形態。研究人員利用「激光碟機動衝擊壓縮」技術，先碾碎兩塊鑽石之間的冰塊，然後發射激光以進一步加壓加熱，在約5000°C的高溫和190萬倍大氣壓的高壓下，觀測到了超離子冰的形成和融化過程，整個實驗歷時10-20納秒。

早在1988年就有科學家預測了這種物質的存在，數學模擬也印證了這一預測。這次是第一次在實驗室條件下獲得該物質。「超離子冰」可能存在於像海王星和天王星這類冰凍行星的地幔中，或許可以解釋它們不尋常的磁場。相關研究2月5日發表在《自然-物理學》上。（武漢文獻情報中心 萬勇）

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美國科學家在鈣鈦礦太陽能電池穩定性方面取得重大突破

有機無機雜化鈣鈦礦太陽能電池憑藉其較高的效率、簡單的工藝和低廉的成本，被認為是最有希望替代晶硅電池的新一代薄膜電池技術，但穩定性差是該技術走向商業化應用的一大障礙。美國國家可再生能源實驗室Joseph M. Luther?教授研究團隊利用疏水性新型高效空穴材料替代常規的親水性空穴傳輸材料，同時利用界面控制策略構建了一種在水、氧氣、光照等多種影響因素共存的實際環境中穩定運行超過上千小時的鈣鈦礦太陽能電池。

這一研究在保持鈣鈦礦電池高性能的同時，大幅提升了器件的穩定性，為開發低成本空穴材料開闢了新路徑，對鈣鈦礦電池的大規模產業化起到了重要的推動作用。相關研究1月26日發表在《自然-能源》上。（武漢文獻情報中心 郭楷模）

（中國科學院科技戰略諮詢研究院《全球基礎研究重點領域動態》編寫組）

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