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《科技导报》自年第3期刊登“年中国重大科学、技术与工程进展”，至今已连续14年遴选发布中国年度重大科学、技术和工程进展。为盘点年中国重大科学、技术和工程进展，《科技导报》编辑部本着分门别类、本刊推荐、专家遴选、宁缺毋滥、叙述事实的原则，从国内外重要科技期刊和科技新闻媒体所报道的中国科技成果中，按科学、技术、工程3个类别，由《科技导报》编辑部遴选、推荐候选条目，经《科技导报》编委、审稿人等专家通信评选，推选出年度中国重大科学、技术、工程进展30项。

科学篇

量子纠缠既是实现量子计算和量子模拟的重要资源，也有助于实现超越经典干涉仪（如引力波探测的光学干涉仪LIGO）的测量精度极限。自20世纪90年代量子信息研究兴起以来，实现多粒子量子纠缠一直是量子物理实验研究的一大追求。量子纠缠态已经在核自旋、离子、光子和超导量子体系等物理系统中得到实现，但是这些系统中实现的纠缠态最多只包含10个左右的粒子或等同自由度的粒子。利用冷原子体系能够制备更大的纠缠态，但以往制备方式有很大随机性。实现多粒子纠缠是量子物理实验研究的一大追求。

清华大学物理系尤力和郑盟锟研究组，通过调控铷-87原子玻色-爱因斯坦凝聚体（BEC）中的自旋混合过程，使其连续发生2次量子相变，成功制备了量子纠缠的双数态（twin-fock）原子玻色凝聚体，这是1种原子在2个模式上具有同等粒子数的多体纠缠Dicke态（图1）。目前，该实验平台能在每40s内确定性地制备1个约个原子组成的双数态，从非纠缠的mF=0初态到mF=±1双数态的凝聚体转换效率高达96%±2%。通过对比量子测量结果和多粒子纠缠判据，可以以超过68.3%的置信度确证他们产生的双数态含有近千个原子（）的纠缠。

图1自旋1的旋量BEC基态的不同相及不同自旋分量的原子吸收成像（图片来源：《Science》）

利用量子相变确定性制备多体纠缠态是1种崭新的尝试。由于连续量子相变点处有限系统的能隙很小，系统穿过相变点时会产生较大的激发。该研究显示，即使这种激发会发生，量子相变点两边迥异的多体能级结构依然能够帮助制备出高品质的多粒子纠缠态。这一全新的理解和纠缠态制备方法为未来其他多粒子纠缠态的制备提供了一种思路。另外，双数态的确定性制备为超越标准量子极限的测量科学与技术的实用化发展提供了一种可能，例如实现海森堡极限精度的原子钟和原子干涉仪等。相关研究成果发表在年2月10日出版的《Science》[():-]上。

长期以来，古人类学界对在中国境内发现的中更新世晚期至晚更新世早期过渡阶段古人类成员的演化地位一直存在争议。争论的焦点是：他们是由本地的古人类连续进化而来？还是外来人群的成功入侵者？—年，河南省文物考古研究院研究员李占扬领导的考古队对位于河南省许昌市的灵井遗址进行了连续12年的挖掘，发现了45件人类头骨碎片化石、古人类制作使用的石器以及20余种哺乳动物化石。通过地层对比、动物群组成分析及光释光测年等多种方法的综合研究，人类化石的年代被确定为10.5万~12.5万年前，为探讨这一阶段中国古人类的演化模式提供了重要信息。

中国科学院古脊椎动物与古人类研究所吴秀杰研究组与美国华盛顿大学ErikTrinkaus等合作的研究显示，许昌人颅骨既具有东亚古人类低矮的脑穹隆、扁平的颅中矢状面、最大颅宽的位置靠下的古老特征，同时又兼具欧亚大陆西部尼安德特人一样的枕骨（枕圆枕上凹/项部形态）和内耳迷路（半规管）形态，呈现出演化上的区域连续性和区域间种群交流的动态变化。此外，许昌人超大的脑量（cc）和纤细化的脑颅结构，又体现出中更新世人类生物学特征演化的一般趋势。目前还无法将其归入任何已知的古人类成员之中，但同时具有北京人、尼安德特人，甚至现代人的某些特征，许昌人可能代表一种新型的古老型人类（图2）。这项研究填补了古老型人类向早期现代人过渡阶段中国古人类演化上的空白，表明晚更新世早期中国境内可能并存有多种古人类成员，不同群体之间有杂交或者基因交流。许昌人化石为中国古人类演化的地区连续性以及与欧洲古人类之间的交流提供了一定程度的支持。相关研究成果发表在年3月3日出版的《Science》[（）:-]上。

图2许昌人头骨顶面观及其与直立人、早期现代人对比（图片来源：中国科学院古脊椎动物与古人类研究所）

3真核生物酿酒酵母长染色体精准定制合成

基因组设计合成是对基因组进行全新设计和从头构建，能够按需塑造生命，开启从非生命物质向生命物质转化的大门，推动生命科学研究由理解生命向创造生命延伸。合成生物学（syntheticbiology）是继“DNA双螺旋发现”和“人类基因组测序计划”之后，以基因组设计合成为标志的第3次生物技术革命。

然而，基因组合成面临长染色体难以精准合成、合成染色体导致细胞失活等难题。天津大学元英进、清华大学戴俊彪、深圳华大基因研究院杨焕明等团队与合作者利用多级模块化和标准化人工基因组合成方法，创建了一步法大片段组装技术和并行式染色体合成策略，实现了由小分子核苷酸到活体真核长染色体的定制合成，建立了基于多靶点片段共转化的基因组精确修复技术和DNA大片段重复的修复技术，成功设计构建了4条酿酒酵母长染色体，实现了真核长染色体合成序列与设计序列的完全匹配；原创性地建立了基因组缺陷靶点快速定位方法，提供了表型和基因型关联分析的新策略，通过缺陷靶点的定位与排除，解决了合成基因组导致细胞失活的难题；在此基础上，构建了人工环形染色体，为当前无法治疗的染色体成环疾病发生机理和潜在治疗手段建立了研究模型（图3）。该研究为深化理解生命进化、基因组与功能关系等基础科学问题提供了新的思路。相关研究成果以4篇论文形式发表在年3月10日出版的《Science》[:eaaf；eaaf；eaaf；eaaf]上。

图3酵母细胞琼脂平板（图片来源：《Science》）

4揭示国际贸易导致的PM2.5跨界污染及其健康影响

据估计，PM2.5相关室外空气污染导致全球每年多万人过早死亡。PM2.5的产生与各类商品在生产和运输中的能源消耗和污染物排放密切相关。国际贸易使商品生产过程从最终消费地区转移到生产地区，与商品生产相关的污染物排放也随之转移，从而改变了大气污染物排放的时空分布特征，进一步对各地区的空气质量和人群健康产生影响。

清华大学地球系统科学系张强、贺克斌和StevenJ.Davis研究组与北京大学物理学院大气与海洋科学系林金泰研究组等合作，设计构建出一种大气科学、环境科学和经济学多学科交叉的模型方法，首次定量揭示了全球多边贸易引起的PM2.5跨界污染及其健康影响。研究发现，与国际贸易相关的PM2.5跨界污染水平要远高于与长距离大气输送相关的跨界污染水平，国际贸易隐含的PM2.5跨界污染在年造成全球约76万人过早死亡，而发达国家作为主要净进口国，其消费导致的全球健康损失远超过生产。该研究揭示，空气污染在经济全球化背景下已成为一个全球问题，国际社会应当提倡可持续消费，并通过建立相关合作机制促进技术转移，从而降低贸易中隐含的污染水平，推动空气污染全球治理（图4）。该研究为全球大气污染来源识别和共同治理提供了崭新的分析视角，是自然科学与社会经济多学科交叉研究的全新范式。相关研究成果发表在年3月30日出版的《Nature》[():-]上。

图4大气传输及贸易对区域PM2.5污染健康影响（图片来源：《Nature》）

5表明2个突变促进了寨卡病毒暴发流行及毒力增强

寨卡病毒是一种古老的虫媒病毒，最早于年分离于乌干达的Zika森林故而得名。在随后的数十年中，由于寨卡病毒感染患者的临床症状均较为轻微，没有引起广泛