１． 首次實(shí)現(xiàn)多自由度量子隱形傳態(tài)
中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)潘建偉、陸朝陽等組成的研究小組在國際上首次成功實(shí)現(xiàn)了多自由度量子體系的隱形傳態(tài)，成果以封面標(biāo)題的形式發(fā)表于《自然》雜志。這是自１９９７年國際上首次實(shí)現(xiàn)單一自由度量子隱形傳態(tài)以來，科學(xué)家們經(jīng)過１８年努力在量子信息實(shí)驗(yàn)研究領(lǐng)域取得的又一重大突破，為發(fā)展可擴(kuò)展的量子計(jì)算和量子網(wǎng)絡(luò)技術(shù)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。國際量子光學(xué)專家ＷｏｌｆｇａｎｇＴｉｔｔｅｌ教授在同期《自然》雜志撰文評論：“該實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)為理解和展示量子物理的一個最深遠(yuǎn)和最令人費(fèi)解的預(yù)言邁出了重要的一步，并可以作為未來量子網(wǎng)絡(luò)的一個強(qiáng)大的基本單元?！痹摮晒驯粴W洲物理學(xué)會評為“２０１５年度物理學(xué)重大突破”。
２． 北斗系統(tǒng)全球組網(wǎng)首星發(fā)射成功
２０１５年３月３０日，北斗系統(tǒng)全球組網(wǎng)首顆衛(wèi)星在西昌發(fā)射成功，標(biāo)志著我國北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)由區(qū)域運(yùn)行向全球拓展的啟動實(shí)施。這顆衛(wèi)星由中國科學(xué)院和上海市政府共建的上海微小衛(wèi)星工程中心研制，是我國首顆新一代北斗導(dǎo)航衛(wèi)星，入軌后將開展新型導(dǎo)航信號體制、星間鏈路等試驗(yàn)驗(yàn)證工作。這顆衛(wèi)星實(shí)現(xiàn)了多個首創(chuàng)：首次使用中國科學(xué)院導(dǎo)航衛(wèi)星專用平臺，首次采用“遠(yuǎn)征”一號上面級直接入軌發(fā)射方式，首次驗(yàn)證相控陣星間鏈路與自主導(dǎo)航體制，首次大量使用國產(chǎn)化器部件以實(shí)現(xiàn)自主可控。由于采用一體化設(shè)計(jì)方法，按照功能鏈設(shè)計(jì)理念，整星分為有效載荷、結(jié)構(gòu)和熱控、電子學(xué)和姿態(tài)軌控等功能鏈，極大地提高了系統(tǒng)的可靠性和功能密度。
３． “長征”六號首飛“一箭多星”創(chuàng)紀(jì)錄
２０１５年９月２０日７時０１分，我國新型運(yùn)載火箭“長征”六號在太原衛(wèi)星發(fā)射中心點(diǎn)火發(fā)射，成功將２０顆微小衛(wèi)星送入太空。此次發(fā)射任務(wù)圓滿成功，不僅標(biāo)志著我國長征系列運(yùn)載火箭家族再添新成員，而且創(chuàng)造了中國航天一箭多星發(fā)射的新紀(jì)錄。此次“長征六號”運(yùn)載火箭首飛，搭載發(fā)射了中國航天科技集團(tuán)公司、國防科技大學(xué)、清華大學(xué)、浙江大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)等單位研制的“開拓”一號、“希望”二號、“天拓”三號、“納星”二號、“皮星”二號、“紫丁香”二號等２０顆微小衛(wèi)星，主要用于開展航天新技術(shù)、新體制、新產(chǎn)品等空間試驗(yàn)，對于促進(jìn)我國微小衛(wèi)星發(fā)展和新技術(shù)試驗(yàn)驗(yàn)證等具有重要意義。
４． 首架國產(chǎn)大飛機(jī)下線
中國自主研制的大型客機(jī)Ｃ９１９首架機(jī)２０１５年１１月２日在上海正式下線。Ｃ９１９飛機(jī)自主創(chuàng)新有５個標(biāo)志，包括飛機(jī)總體方案、氣動外形、飛機(jī)機(jī)體設(shè)計(jì)與制造、系統(tǒng)集成及工程項(xiàng)目管理等。研制人員針對氣動布局、結(jié)構(gòu)材料和機(jī)載系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)先進(jìn)材料首次在國產(chǎn)民機(jī)上的大規(guī)模應(yīng)用、數(shù)百萬零部件和機(jī)載系統(tǒng)研制流程高度并行。在研發(fā)的集成創(chuàng)新過程中，全產(chǎn)業(yè)鏈上有將近２０萬人參與研發(fā)制造，其采用的新技術(shù)、新材料、新工藝輻射拉動了中國經(jīng)濟(jì)和科技發(fā)展、基礎(chǔ)學(xué)科進(jìn)步及航空工業(yè)發(fā)展。業(yè)內(nèi)專家認(rèn)為，Ｃ９１９總裝下線對于中國民機(jī)產(chǎn)業(yè)發(fā)展、基礎(chǔ)工業(yè)實(shí)力提升、發(fā)展制造強(qiáng)國具有深遠(yuǎn)的意義。按計(jì)劃，該飛機(jī)將于２０１６年首飛。
５． 剪接體高分辨率三維結(jié)構(gòu)獲解析
中國科學(xué)院國家天文臺研究員劉繼峰帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)在國際上首次從超軟Ｘ射線源發(fā)現(xiàn)相對論性高速噴流，打破了天文學(xué)界以往的認(rèn)知，揭示了黑洞吸積和噴流形成的新方式。該成果發(fā)表于《自然》雜志。審稿人認(rèn)為，此項(xiàng)工作是２０１５年度本領(lǐng)域內(nèi)最重要的５大發(fā)現(xiàn)之一?！霸诔洠?射線源中發(fā)現(xiàn)相對論性噴流出乎所有人的意料，這改寫了我們對超軟Ｘ 射線源的認(rèn)知和噴流形成的認(rèn)知?！泵绹茖W(xué)院院士、英國皇家學(xué)會院士、哈佛大學(xué)教授ＲｅｍａｓｈＮａｒａｙａｎ評論說： “它的觀測特征和人們猜想并進(jìn)行了大量數(shù)值模擬的處于極高吸積率的黑洞完全契合，生動展示了黑洞吞噬物質(zhì)過多后產(chǎn)生高速重子噴流和濃密吸積盤外流的情況?！?/p>
６． 首次發(fā)現(xiàn)外爾費(fèi)米子
中國科學(xué)院物理研究所方忠研究員帶領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)首次在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)了外爾費(fèi)米子。這是國際上物理學(xué)研究的一項(xiàng)重要科學(xué)突破，對“拓?fù)潆娮訉W(xué)”和“量子計(jì)算機(jī)”等顛覆性技術(shù)的突破具有非常重要的意義。外爾費(fèi)米子是德國科學(xué)家威爾曼·外爾在１９２９年預(yù)言的。不過，科學(xué)家們始終無法在實(shí)驗(yàn)中觀測到這種粒子。２０１２年以來，該所理論研究團(tuán)隊(duì)首次預(yù)言在狄拉克半金屬中或許可以發(fā)現(xiàn)無“質(zhì)量”的電子。陳根富小組制備出具有原子級平整表面的大塊ＴａＡｓ晶體，丁洪小組利用上海光源同步輻射光束照射ＴａＡｓ晶體，使得外爾費(fèi)米子第一次展現(xiàn)在科學(xué)家面前。外爾費(fèi)米子的半金屬能實(shí)現(xiàn)低能耗電子傳輸，有望解決當(dāng)前電子器件小型化和多功能化所面臨的能耗問題。
７． 首次發(fā)現(xiàn)相對論性高速噴流新模式
中國科學(xué)院國家天文臺研究員劉繼峰帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)在國際上首次從超軟Ｘ射線源發(fā)現(xiàn)相對論性高速噴流，打破了天文學(xué)界以往的認(rèn)知，揭示了黑洞吸積和噴流形成的新方式。該成果發(fā)表于《自然》雜志。審稿人認(rèn)為，此項(xiàng)工作是２０１５年度本領(lǐng)域內(nèi)最重要的５大發(fā)現(xiàn)之一?！霸诔洠?射線源中發(fā)現(xiàn)相對論性噴流出乎所有人的意料，這改寫了我們對超軟Ｘ 射線源的認(rèn)知和噴流形成的認(rèn)知?！泵绹茖W(xué)院院士、英國皇家學(xué)會院士、哈佛大學(xué)教授ＲｅｍａｓｈＮａｒａｙａｎ評論說： “它的觀測特征和人們猜想并進(jìn)行了大量數(shù)值模擬的處于極高吸積率的黑洞完全契合，生動展示了黑洞吞噬物質(zhì)過多后產(chǎn)生高速重子噴流和濃密吸積盤外流的情況。”
８． 攻克細(xì)胞信號傳導(dǎo)重大科學(xué)難題
中國科學(xué)院上海藥物所研究員徐華強(qiáng)帶領(lǐng)的國際團(tuán)隊(duì)利用世界上最強(qiáng)Ｘ 射線激光，成功解析視紫紅質(zhì)與阻遏蛋白復(fù)合物的晶體結(jié)構(gòu)，攻克了細(xì)胞信號傳導(dǎo)領(lǐng)域的重大科學(xué)難題。這項(xiàng)突破性成果以長文形式在線發(fā)表于《自然》雜志。美國科學(xué)家在Ｇ蛋白偶聯(lián)受體（ＧＰＣＲ）信號轉(zhuǎn)導(dǎo)領(lǐng)域作出的重要貢獻(xiàn)獲得了２０１２年諾貝爾化學(xué)獎。然而，ＧＰＣＲ信號轉(zhuǎn)導(dǎo)領(lǐng)域還有一個重大問題懸而未決，即ＧＰＣＲ如何激活另一條信號通路———阻遏蛋白信號通路。研究團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新性地利用了比傳統(tǒng)同步輻射光源強(qiáng)萬億倍的世界上最亮的Ｘ射線———自由電子激光（ＸＦＥＬ）技術(shù)，用較小的晶體得到了高分辨率的視紫紅質(zhì)———阻遏蛋白復(fù)合物晶體結(jié)構(gòu)，為深入理解ＧＰＣＲ 下游信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路奠定了重要基礎(chǔ)。該研究為開發(fā)選擇性更高的藥物奠定了堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。
９． 首個自驅(qū)動可變形液態(tài)金屬機(jī)器問世
由劉靜帶領(lǐng)的中國科學(xué)院理化技術(shù)研究所、清華大學(xué)醫(yī)學(xué)院聯(lián)合研究小組，發(fā)現(xiàn)液態(tài)金屬可在吞食少量物質(zhì)后，以可變形機(jī)器形態(tài)長時間高速運(yùn)動，實(shí)現(xiàn)了無需外部電力的自主運(yùn)動。此發(fā)現(xiàn)在世界屬首次，相關(guān)論文在《先進(jìn)材料》雜志上發(fā)表。標(biāo)志著中國在液態(tài)金屬領(lǐng)域達(dá)到世界領(lǐng)先水平。這種液態(tài)金屬機(jī)器完全擺脫了龐雜的外部電力系統(tǒng)，向研制自主獨(dú)立的柔性機(jī)器邁出了關(guān)鍵的一步?！蹲匀弧冯s志在其研究亮點(diǎn)欄目以《液態(tài)金屬馬達(dá)靠自身運(yùn)動》為題進(jìn)行了報(bào)道； 《科學(xué)》雜志也在網(wǎng)站指出“可變形金屬馬達(dá)擁有一系列用途”。
１０． “永磁高鐵”牽引系統(tǒng)通過首輪線路試驗(yàn)考核
搭載著由中國中車研發(fā)的永磁同步牽引系統(tǒng)的中國首列“永磁高鐵”在１０月底通過整車首輪線路運(yùn)行試驗(yàn)考核。這意味著我國高鐵動力正發(fā)生革命性變化，成為世界上少數(shù)幾個掌握“永磁高鐵”牽引技術(shù)的國家。該牽引系統(tǒng)包括永磁同步牽引電機(jī)、牽引變壓器、變流器、控制器等核心部件，其中電機(jī)采用世界新型稀土永磁材料，有效克服了永磁體失磁的世界難題；其巧妙設(shè)計(jì)的軸承散熱結(jié)構(gòu)能有效降低軸承溫升，確保牽引動力運(yùn)行的安全可靠；同時，采用了寬域高效的控制技術(shù)策略，實(shí)現(xiàn)高速方波弱磁控制和高速平穩(wěn)重投；整個牽引系統(tǒng)體現(xiàn)節(jié)能高效系統(tǒng)特性匹配，節(jié)能１０％以上。其研制成功不僅拉開了我國高鐵“永磁驅(qū)動時代”的序幕，也為我國高鐵參與國際競爭贏得了先機(jī)。
1997年9月，中國科學(xué)院決定發(fā)布年度系列報(bào)告《科學(xué)發(fā)展報(bào)告》，按年度連續(xù)全景式綜述分析國際科學(xué)研究進(jìn)展與發(fā)展趨勢，評述科學(xué)前沿動態(tài)與重大科學(xué)問題，報(bào)道介紹我國科學(xué)家取得的代表性突破性科研成果，系統(tǒng)介紹科學(xué)發(fā)展和應(yīng)用在我國實(shí)施“科教興國”與“可持續(xù)發(fā)展”戰(zhàn)略中所起的關(guān)鍵作用，并向國家提出有關(guān)中國科學(xué)的發(fā)展戰(zhàn)略和政策建議，特別是向全國人大和全國政協(xié)會議提供科學(xué)發(fā)展的背景材料，供國家宏觀科學(xué)決策參考。隨著國家深入實(shí)施“創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展”戰(zhàn)略和持續(xù)推進(jìn)創(chuàng)新型國家建設(shè)，《科學(xué)發(fā)展報(bào)告》將致力于連續(xù)系統(tǒng)揭示國際科學(xué)發(fā)展態(tài)勢和我國科學(xué)發(fā)展?fàn)顩r，服務(wù)國家發(fā)展的科學(xué)決策。
《2016科學(xué)發(fā)展報(bào)告》是該系列報(bào)告的第十九部，主要包括科學(xué)展望、科學(xué)前沿、2015年中國科研代表性成果、科技領(lǐng)域發(fā)展觀察、中國科學(xué)發(fā)展概況和中國科學(xué)發(fā)展建議等六大部分。受篇幅所限，報(bào)告所呈現(xiàn)的內(nèi)容不一定能體現(xiàn)科學(xué)發(fā)展的全貌，重點(diǎn)是從當(dāng)年受關(guān)注度最高的科學(xué)前沿領(lǐng)域和中外科學(xué)家所取得的重大成果中，擇要進(jìn)行介紹與評述。
