国产超算编程模型研究取得进展

高性能计算应用的性能可移植性，是应对异构架构演进的关键。近期，中国科学院计算机网络信息中心等在国产超算编程模型研究方面取得进展，自主研发出面向神威异构架构的性能可移植后端——swKokkos。 针对神威处理器独特的硬件约束，研究团队通过引入并行执行抽象，实现了源代码到二进制级别的性能可移植，降低了超算应用的开发与迁移成本。科研人员在swKokkos中引入了向量化哈希索引与FDSL快速调度库，降低内核启动开销；同时，提出分块并行映射算法，进一步提升负载均衡与缓存利用率。swKokkos在AXPY、数值求解器等任务中性能达原生Athread的99%以上，还能支撑海洋模型LICOM超10万核规模的稳定模拟并实现加速。 相关研究成果被系统软件领域国际学术会议EuroSys 2026录用。研究工作得到了国家重点研发计划、中国科学院战略性先导科技专项等的支持。 swKokkos示意图

科研人员建立血管内皮细胞胚胎发育谱系

血管不仅是血液运输的通道，还在器官再生修复中发挥重要功能。血管内皮细胞直接与血液接触，是组成血管的最基本结构单元。此前研究已揭示动静脉血管内皮分化机制，但学界对各个器官内血管内皮细胞分化并拥有器官特异性的过程及生理意义仍不明晰。 近日，中国科学院广州生物医药与健康研究院等科研团队，通过构建小鼠内皮细胞胚胎发育全程的谱系图，发现血管内皮细胞在小鼠胚胎发育的孕中期开始分化，并逐步建立适配各个器官的内皮细胞。同时，肺血管内皮富集基因Casz1影响肺血管生长、器官特异性分化和肺部的内皮—上皮的细胞互作。 研究发现，小鼠胚胎发育E7是可清晰定义内皮细胞的最早时间。早期内皮细胞在E8已开始器官特异性分化，形成心脏心内膜内皮细胞，并在此后的孕中期（E9.0—E13.5）开启中枢神经、肝脏、肺、消化道等多组织的器官特异性分化。在此之后，各个器官中内皮细胞的差异逐渐增大，开始表达各自器官独有的基因调控网络和信号通路。这些内皮器官特异性基因和通路，与对应器官的生理功能相关。 科研人员进一步聚焦人类和小鼠肺血管内皮器官特异性建立的跨物种对比，发现人类和小鼠肺内皮拥有相似的内皮亚群和关键分化时间点，但人鼠肺内皮间存在大量物种特异性基因。这表明，人类与小鼠肺内皮的基因表达动态并不完全相同。因此，利用人类细胞谱系大科学研究设施，解析人类细胞发育和病变的规律较为重要。 研究还发现，Casz1是人类和小鼠肺内皮细胞都高度富集的基因，在内皮细胞中敲除Casz1可阻碍肺血管的生长，并阻断肺血管内皮细胞的器官特异性分化。Casz1直接结合在肺内皮染色质的启动子区域，这种结合会影响VEGFR2、Foxf1、Car4等肺血管生长和分化关键调控基因的表达。内皮中Casz1的缺失还会导致肺泡中NKX2.1+和SFTPC+细胞减少，肺泡细胞增殖迟缓，以及肺部内皮—肺泡细胞间互作减弱。其中，Casz1会调控肺内皮释放旁分泌因子FGF1，影响肺泡细胞的正常增殖发育。 该研究建立了涵盖26个发育时间点的内皮细胞发育谱系图，解析了内皮细胞器官特异性谱系构建的时空轨迹和分子特征。以肺内皮为例，该研究阐明了器官特异性血管分化的调控机理及其对相应组织的影响，这为解析血管的器官特异性特征在心脑血管等疾病中的潜在作用奠定基础。 相关研究成果发表在《细胞》（Cell）上。研究工作得到国家自然科学基金委员会、科学技术部、中国科学院等的支持。 小鼠内皮细胞胚胎发育全程的谱系图 论文链接 小鼠内皮细胞胚胎发育全程的谱系图

科学家开发T细胞改造新方法

      免疫细胞里T细胞被称为“守护健康卫士”，它们身上有个能扫描其他细胞的“安检仪”——TCR分子。 科学家长期以来希望能从众多TCR分子中，筛选出最灵敏的“安检仪”型号，并把它们“装配”到癌症患者的免疫细胞上，或能让免疫系统精确锁定并消灭癌细胞。但是，天然TCR分子的识别灵敏度有限，一些狡猾的癌细胞可能成为“漏网之鱼”。 针对这一难题，中国科学院分子细胞科学卓越创新中心团队等开发了组氨酸扫描法，能快速定位TCR分子中负责识别癌细胞并启动清除程序的“关键位点”。 对TCR分子中这些位点进行“改造升级”后，TCR分子就化身为高灵敏度的增强版“安检仪”，显著提升了T细胞清除癌细胞能力。一旦TCR分子识别出癌细胞特有的pMHC抗原分子，T细胞便会“当场抓获”癌细胞。 研究还揭示，组氨酸能强化TCR分子与癌症pMHC抗原分子之间的“逆锁键”结构——就像给癌细胞套上了“紧箍咒”，帮助T细胞更牢固地“抓住”癌细胞，为T细胞充分活化并启动杀伤程序赢得了宝贵时间，有效防止癌细胞逃逸。 这种方法完全不需要依赖TCR分子的三维结构信息，只需对筛选出的多个“关键按钮”进行同步改造，就能够显著增强TCR分子“抓住”癌细胞的能力，将T细胞打造成效率超群的“超级守护者”。 改造后的T细胞不仅活化水平更高、杀伤力更强，还能精准区分“敌我”，能够避免误伤健康细胞。目前，该研究在动物模型中疗效显著，或为开发新一代高效、精准的癌症免疫疗法提供了崭新的思路。 相关研究成果发表在《细胞》（Cell）上。 组氨酸扫描法对力感应受体的高质量赋能

我国光钟实现对国际原子时的驾驭

2月11日，国际权度局发布最新一期《时间公报》（Circular T 457），中国科学院国家授时中心自主研制的锶光钟NTSC-Sr2，被用作次级基准以校准国际原子时（TAI），并首次实现了我国光钟对国际原子时的驾驭。 国际原子时是由国际权度局负责计算的原子时，每月发布一次，作为参考用于校准各国或地区标准时间，以实现全世界时间的统一。国际权度局每天通过卫星比对不同国家或地区连续不间断运行的400余台守时钟，加权计算得到稳定的自由原子时数据，再对自由原子时进行秒长校准，形成既准确又稳定的原子时数据。这个对自由原子时进行秒长校准的过程，就是驾驭国际原子时。 光钟的性能比铯喷泉钟高两个量级以上。国际权度局制定了基于光钟的“秒”定义变更路线图，计划2030年后实施，同时对光钟的性能提出严格要求。团队历经十余年科技攻关，研制的锶光钟NTSC-Sr2，其频率稳定度与不确定度均优于2×10-18，性能国际先进，是我国首台性能满足“秒”定义变更的光钟。 该锶光钟实现了我国光钟首次对国际原子时的驾驭。此前，仅有美国、英国、法国和日本等少数国家的光钟用于国际原子时驾驭。 我国光钟首次实现对国际原子时的驾驭

科学家取得可扩展量子网络突破

近日，中国科学技术大学潘建伟等科研人员，在可扩展量子网络研究方面取得突破。在国际上首次构建出可扩展量子中继的基本模块，使得远距离量子网络成为现实可能；实现了单原子节点间的远距离高保真纠缠，同时在此基础上首次将器件无关量子密钥分发（DI-QKD）的传输距离突破百公里，推进了该技术的实用化进程。 量子信息科学的终极发展目标是构建高效、安全的量子网络，即利用量子精密测量实现对信息的高精度感知、利用量子通信实现信息的安全和高效传输、利用量子计算实现信息的指数级加速处理，从而实现对物质世界认知能力的革命性飞跃。 构建量子网络的基本要素是远距离确定性量子纠缠分发。基于量子纠缠，不仅可以通过量子密钥分发实现经典信息的安全传输，还可以通过量子隐形传态为量子计算机与用户之间量子信息的交互提供唯一有效途径。 光纤的固有损耗导致量子纠缠的传输效率随距离成指数衰减，成为构建可扩展量子网络面临的最大挑战。例如，经过1000公里标准光纤直接传输后，光信号将衰减至原始强度的10至20量级（万亿亿分之一），这意味着即使每秒发射100亿对纠缠光子，平均每300年才能接收到一对纠缠。 量子中继方案是解决光纤传输损耗的有效方案。如在1000公里光纤线路中，可以每隔100公里设置一个中继站点，在相邻站点之间产生纠缠，再通过纠缠交换将各段纠缠连接起来以实现遥远地点之间的有效纠缠分发。 利用该方案，用同样发射速率的光源，每秒可接收到一亿对纠缠光子，传输效率提升100亿亿倍。因此，一直以来量子中继是光纤量子网络最重要的研究方向。 早在1998年，潘建伟及其同事就在国际上首次演示了量子纠缠的连接。但是，近30年来始终未能解决的一项重大技术难题：纠缠的寿命远远短于产生纠缠所需的时间，以至于在纠缠的存活时间内，与之相邻的纠缠难以确定性产生，因而无法实现纠缠的有效连接，严重制约了量子中继的可扩展性。 针对这一核心难题，中国科大研究团队通过发展长寿命囚禁离子量子存储器、高效率离子—光子通信接口及高保真度单光子纠缠协议，在国际上首次实现长寿命量子纠缠，纠缠寿命（550毫秒）显著超过纠缠建立所需的时间（450毫秒），成功构建了可扩展量子中继的基本模块，使得远距离量子网络成为现实可能。 远距离纠缠分发的一个直接应用是实现现实条件下最高安全等级的量子保密通信。以往的量子保密通信方案需要对器件参数进行精确标定以保障现实安全性，这通常会在实际应用中带来不便。 而基于纠缠的器件无关量子密钥分发（DI-QKD）方案则突破了这一限制，即使量子器件完全不可信，只要通信双方能够建立起足够高品质的纠缠并验证无漏洞的贝尔不等式违背，就能严格保证密钥分发的安全而无需对器件参数进行精确标定。 但DI-QKD的实验实现面临极为严苛的技术门槛。远程节点间的量子纠缠需要同时满足以下条件：（1）具备极高的探测效率，以有效关闭探测器效率漏洞；（2）维持极高的纠缠保真度，以确保对贝尔不等式足够显著的违背。受限于长距离光纤损耗及系统噪声等不利因素，国际上此前相关实验演示大多局限于短距离范围（通常为数米至数百米），与实际应用需求存在显著差距。 基于可扩展量子中继技术，中国科大研究团队成功实现了两个铷原子间的远距离高保真纠缠：在最长达100公里的光纤链路上，原子节点间远程纠缠保真度仍保持在90%以上，显著优于此前国际同类实验结果。 在此基础上，团队首次在城域尺度光纤链路上实现了设备无关量子密钥分发：在11公里光纤链路中完成了基于有限数据量的安全性分析与严格证明，传输距离较此前最好结果提升约3000倍；在100公里光纤链路中演示了密钥生成的可行性，传输距离较国际此前最好实验水平提升两个数量级以上。 上述突破标志着基于量子纠缠的光纤量子网络，正在从理论构想走向现实可能。 上述成果分别发表在《自然》和《科学》上。 论文链接：1、2 中国科大实现可扩展量子中继核心组件与百公里器件无关量子密钥分发 量子网络示意图

我国超百G星地激光通信业务化应用实验取得成功

星地激光通信已成为实现海量数据星地超高速传输的最优解决方案，但受卫星平台微振动、大气湍流扰动等多重复杂因素影响，该技术的应用效能面临高频实时校正精度不足、超高速信号处理能力有限、非稳态大气信道高效传输难度大等关键挑战。 近日，中国科学院空天信息创新研究院成功开展超百G星地激光通信业务化应用实验。 本次实验利用空天院塔县激光地面站自主研制500mm口径星地激光通信系统与中科卫星AIRSAT-02卫星，在卫星硬件没有任何变化的情况下，通过卫星在轨软件重构，充分挖掘利用激光通信载荷的硬件潜能，将卫星激光通信载荷的能力从60Gbps提升至120Gbps。实验期间，星地之间成功实现了秒级捕获建链，建链成功率超过93%，最大连续通信时长108秒，获取数据量达到12.656Tb，并成功处理出高质量遥感影像。实验结果表明，通信链路稳定、下传数据质量优良。 参与本次实验的空天院塔县激光地面站是我国首个业务化运行的星地激光通信地面站，自2024年9月建成以来已承担多项业务化运行任务，通信速率与传输效率持续提升。实验卫星AIRSAT-02于2024年9月成功发射，2025年1月与塔县激光地面站成功完成了60Gbps星地激光通信实验。 实验获取的首批SAR遥感影像（AIRSAT-02卫星下传） 塔县激光地面站

中国科学家发现花垣生物群，揭开5.13亿年前生物大灭绝面纱

地球上的生命历经30多亿年演化，在5.39亿年前迎来“寒武纪生命大爆发”，海洋动物快速涌现，全球海洋生态系统完成由微生物到动物主导的转变，这一爆发在约5.18亿年前达到顶峰。但5.13亿年前的辛斯克事件，即显生宙第一次生物大灭绝，打断了“寒武纪生命大爆发”进程。由于该事件的相关证据仅局限于浅海常规壳相化石，缺失能够相对完整记录海洋动物群落面貌的软躯体特异埋藏化石群，其对全球海洋生态系统的真实影响始终成谜。 近日，中国科学院南京地质古生物研究所等团队，发现了距今约5.12亿年前、紧临辛斯克事件之后的寒武纪软躯体化石群——花垣生物群。这一发现填补了寒武纪第四期顶级软躯体化石群缺失的空白，为科学认识显生宙第一次大灭绝事件的规模和影响提供了关键证据。 花垣生物群发现于湖南省湘西土家族苗族自治州花垣县磨子村。2020年，当地组织修建机耕道，露出了以泥页岩为特征的寒武系杷榔组新鲜地层剖面，为发现花垣生物群化石埋下了伏笔。湖南省博物馆将在该地点采集的首批化石标本，交由中国科学院南京地质古生物研究所等团队研究时，科研人员意识到这些化石标本保存好、发掘潜力大，尤其是其时代属于辛斯克灭绝事件之后的寒武纪第四期，科学价值重大，随即开展了持续五年的野外发掘和化石采集工作，经过室内研究和系统的数据统计分析，最终解锁了这一珍贵化石群。 花垣生物群化石数量丰富、多样性高、保存精美。研究团队目前累计采集该生物群化石标本超5万块，识别出153个动物物种，其中59%为新物种，其单一采坑的物种多样性超过澄江动物群、布尔吉斯页岩生物群等经典采坑。同时，花垣生物群展现出具有复杂生态系统的深水动物群落。研究团队证实，该生物群是寒武纪时期生活于外大陆架深水环境的生物群，生物生活方式多样。该生物群中还发现了多种樽海鞘状浮游被囊动物，这表明寒武纪早期海洋碳循环中，已存在类似现代海洋的生物碳泵。 花垣生物群反映出显生宙第一次大灭绝事件，对浅水、深水环境的差异性影响。研究表明，辛斯克灭绝事件对浅水软躯体生物群影响显著，对深水生物群则影响有限，这与辛斯克灭绝事件中浅海大范围缺氧的环境背景相呼应。同时，该生物群表明显生宙第一次大灭绝事件之后，海洋动物曾发生长距离跨洋扩散，即该生物群中发现的昆明关山虾，证实奇虾类单一物种的地理分布跨度可达750公里，也由此揭示这一时期寒武纪海洋动物已存在长距离跨洋扩散的机制。 花垣生物群进一步揭示，显生宙第一次大灭绝事件前后，全球海洋动物群落面貌发生了重大转折。研究团队发现，辛斯克灭绝事件前后，全球生物群组成存在明显差异，这表明寒武纪演化生物群在该事件中发生重大转变，也由此暗示外大陆架深水环境在该事件中，扮演了生物避难所、演化创新起源地的重要角色。 这项研究为解析动物门类起源与早期演化增添了新的化石材料，也为探索显生宙第一次大灭绝事件前后，寒武纪演化生物群的灾难与复苏、演化与创新，以及全球扩散等问题提供了关键科学依据。 相关研究成果发表在《自然》（Nature）上。研究工作得到国家自然科学基金委员会、科学技术部、中国科学院、江苏省、贵州省等的支持。 论文链接 花垣生物群代表性化石   花垣生物群代表性化石 花垣生物群生态复原图

科学家利用引力波观测验证黑洞面积定律

黑洞面积定律指出，在经典物理过程中，黑洞事件视界的总面积始终不会减少，这一定律构成了黑洞热力学的基石。然而，在引力波成功探测之前，该理论预言一直未被直接且定量的天文观测验证。引力波天文学的诞生，特别是频繁探测到的双黑洞并合事件，为在强场、动态时空中检验这一定律提供了“宇宙实验室”。 在引力波成功探测十周年之际，中国科学院紫金山天文台牵头的科研团队，利用第四期引力波源目录中一例信噪比极高的双黑洞并合事件GW230814，对黑洞面积定律开展了新检验。 双黑洞并合过程一般可分为旋近、并合与铃宕三个阶段。并合阶段处于高度非线性、强场动力学的极端物理环境中，是最有可能出现新物理或偏离广义相对论的阶段；而旋近与铃宕阶段的引力波辐射，被认为可由广义相对论可靠地描述。团队选择GW230814事件作为关键研究对象，源于其优异的观测特性：极高的信噪比确保了信号波形的清晰度，而其合适的黑洞质量与自旋参数，保证了并合前后的信号在探测器频段内均具有足够的信噪比，从而为分别在旋近阶段和铃宕阶段独立且精确地推断黑洞参数提供了理想条件。 研究团队对GW230814事件的旋近阶段与铃宕阶段分别进行了参数推断，约束并合前后黑洞质量与自旋，进而计算事件视界面积变化。在分析过程中，团队考虑了多项不确定性因素，包括天空定位误差、波形模板的系统误差、铃宕阶段建模的选择，以及旋近终止与铃宕起始时间等。结果表明，并合后黑洞的事件视界面积，以极高的后验概率大于并合前两个黑洞的事件视界面积之和，统计置信度可达4.1σ。该结果有力地支持了黑洞面积定律，进一步验证了广义相对论在黑洞并合这一强场、动力学极端过程中的有效性与自洽性，并间接支持了“宇宙监督假设”等黑洞基础理论。 该研究为未来探索黑洞量子效应、黑洞热力学乃至量子引力理论奠定了坚实的观测基础。随着第三代引力波探测器的建成，通过对大量事件的族群分析，未来将有望以更高精度探寻可能偏离经典理论的量子引力或新物理效应。 相关研究成果发表在《科学通报》（Science Bulletin）上。研究工作得到国家自然科学基金委员会等的支持。 论文链接 并合前后黑洞事件视界面积变化的测量值与预期值之比的概率密度分布

我国首个星际航行学院成立！点燃太空探索“人才引擎”

中国科学院大学星际航行学院1月27日正式揭牌成立。记者获悉，这所特色学院将聚焦星际推进、深空通信导航、空间科学等前沿领域，培育兼具扎实功底、战略视野与家国担当的紧缺复合型人才。 从“东方红一号”划破天际到“祝融号”漫步火星，中国人的航天梦从未止步。当前，我国航天事业正从“近地轨道”迈向“深空探测”，从月球科研站规划到系外行星探测，一系列国家重大战略任务呼唤着高素质创新人才。 中国科学院大学立足中国科学院“科教融合3.0”战略，设立星际航行人才培养专项并组建学院，旨在响应国家战略，推进教育、科技、人才一体化发展，破解人才瓶颈。 “今天，我们在此共商星际航行领军人才培育大计，既是对前辈家国情怀的赓续，更是立足新时代对人才培养事业的全方位升级。”中国科学院国家空间科学中心主任王赤院士说。 60多年前，中国科学院在钱学森、赵九章等科学家的倡议下召开了首次“星际航行座谈会”，继而成立“星际航行委员会”，为我国探索太空奠定了基础。 未来10至20年是我国星际航行领域跨越式发展的窗口期。原始创新基础研究和技术突破将重塑深空探索格局、决定国家核心竞争力，也有望让航天梦在更深远星空绽放。 中国科学院大学星际航行学院院长朱俊强院士期许，经过接续奋斗，学院未来成为三大高地：一是中国科学院航空航天基础研究高地，为国家重大任务提供原创支撑；二是高层次创新人才培育高地，造就敢闯未知、能担重任的优秀人才；三是国际学术交流开放高地，以扎实成果发出中国声音、贡献中国智慧。

我国科学家发现一维带电畴壁

1月21日，在中国科学院物理研究所实验室，钟海博士后在做铁电薄膜沉积实验        新华社记者 金立旺 摄 近日，中国科学院物理研究所团队成功在萤石结构铁电材料中发现一维带电畴壁，厚度和宽度均约为人类头发直径的数十万分之一，为开发具有极限密度的器件提供科学基础。相关论文成果已于北京时间1月23日凌晨在国际学术期刊《科学》发表。 1月21日，在中国科学院物理研究所实验室，钟海博士后在操作探针台测试铁电性能 这是1月21日在中国科学院物理研究所实验室拍摄的探针台与等待测试的铁电电容器样品 1月21日，在中国科学院物理研究所实验室，金奎娟研究员（左）和葛琛研究员在讨论实验实施方案 1月21日在中国科学院物理研究所实验室拍摄的用于铁电测试的铁电电容器样品 这是1月21日在中国科学院物理研究所实验室拍摄的正在进行实验的铁电薄膜样品 1月21日，在中国科学院物理研究所实验室，张庆华副研究员、金奎娟研究员、钟海博士后、葛琛研究员（从左至右）合影