１． 首次實現(xiàn)多自由度量子隱形傳態(tài)
中國科學技術(shù)大學潘建偉、陸朝陽等組成的研究小組在國際上首次成功實現(xiàn)了多自由度量子體系的隱形傳態(tài)，成果以封面標題的形式發(fā)表于《自然》雜志。這是自１９９７年國際上首次實現(xiàn)單一自由度量子隱形傳態(tài)以來，科學家們經(jīng)過１８年努力在量子信息實驗研究領域取得的又一重大突破，為發(fā)展可擴展的量子計算和量子網(wǎng)絡技術(shù)奠定了堅實的基礎。國際量子光學專家ＷｏｌｆｇａｎｇＴｉｔｔｅｌ教授在同期《自然》雜志撰文評論：“該實驗實現(xiàn)為理解和展示量子物理的一個最深遠和最令人費解的預言邁出了重要的一步，并可以作為未來量子網(wǎng)絡的一個強大的基本單元。”該成果已被歐洲物理學會評為“２０１５年度物理學重大突破”。
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，標志著我國北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)由區(qū)域運行向全球拓展的啟動實施。這顆衛(wèi)星由中國科學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航衛(wèi)星，入軌后將開展新型導航信號體制、星間鏈路等試驗驗證工作。這顆衛(wèi)星實現(xiàn)了多個首創(chuàng)：首次使用中國科學院導航衛(wèi)星專用平臺，首次采用“遠征”一號上面級直接入軌發(fā)射方式，首次驗證相控陣星間鏈路與自主導航體制，首次大量使用國產(chǎn)化器部件以實現(xiàn)自主可控。由于采用一體化設計方法，按照功能鏈設計理念，整星分為有效載荷、結(jié)構(gòu)和熱控、電子學和姿態(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)紀錄
２０１５年９月２０日７時０１分，我國新型運載火箭“長征”六號在太原衛(wèi)星發(fā)射中心點火發(fā)射，成功將２０顆微小衛(wèi)星送入太空。此次發(fā)射任務圓滿成功，不僅標志著我國長征系列運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)射的新紀錄。此次“長征六號”運載火箭首飛，搭載發(fā)射了中國航天科技集團公司、國防科技大學、清華大學、浙江大學、哈爾濱工業(yè)大學等單位研制的“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，對于促進我國微小衛(wèi)星發(fā)展和新技術(shù)試驗驗證等具有重要意義。
４． 首架國產(chǎn)大飛機下線
中國自主研制的大型客機Ｃ９１９首架機２０１５年１１月２日在上海正式下線。Ｃ９１９飛機自主創(chuàng)新有５個標志，包括飛機總體方案、氣動外形、飛機機體設計與制造、系統(tǒng)集成及工程項目管理等。研制人員針對氣動布局、結(jié)構(gòu)材料和機載系統(tǒng)，實現(xiàn)先進材料首次在國產(chǎn)民機上的大規(guī)模應用、數(shù)百萬零部件和機載系統(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)濟和科技發(fā)展、基礎學科進步及航空工業(yè)發(fā)展。業(yè)內(nèi)專家認為，Ｃ９１９總裝下線對于中國民機產(chǎn)業(yè)發(fā)展、基礎工業(yè)實力提升、發(fā)展制造強國具有深遠的意義。按計劃，該飛機將于２０１６年首飛。
５． 剪接體高分辨率三維結(jié)構(gòu)獲解析
中國科學院國家天文臺研究員劉繼峰帶領團隊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，打破了天文學界以往的認知，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。審稿人認為，此項工作是２０１５年度本領域內(nèi)最重要的５大發(fā)現(xiàn)之一。“在超軟Ｘ 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 射線源的認知和噴流形成的認知。”美國科學院院士、英國皇家學會院士、哈佛大學教授ＲｅｍａｓｈＮａｒａｙａｎ評論說： “它的觀測特征和人們猜想并進行了大量數(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。”
６． 首次發(fā)現(xiàn)外爾費米子
中國科學院物理研究所方忠研究員帶領的團隊首次在實驗中發(fā)現(xiàn)了外爾費米子。這是國際上物理學研究的一項重要科學突破，對“拓撲電子學”和“量子計算機”等顛覆性技術(shù)的突破具有非常重要的意義。外爾費米子是德國科學家威爾曼·外爾在１９２９年預言的。不過，科學家們始終無法在實驗中觀測到這種粒子。２０１２年以來，該所理論研究團隊首次預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，使得外爾費米子第一次展現(xiàn)在科學家面前。外爾費米子的半金屬能實現(xiàn)低能耗電子傳輸，有望解決當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
中國科學院國家天文臺研究員劉繼峰帶領團隊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，打破了天文學界以往的認知，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。審稿人認為，此項工作是２０１５年度本領域內(nèi)最重要的５大發(fā)現(xiàn)之一。“在超軟Ｘ 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 射線源的認知和噴流形成的認知。”美國科學院院士、英國皇家學會院士、哈佛大學教授ＲｅｍａｓｈＮａｒａｙａｎ評論說： “它的觀測特征和人們猜想并進行了大量數(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． 攻克細胞信號傳導重大科學難題
中國科學院上海藥物所研究員徐華強帶領的國際團隊利用世界上最強Ｘ 射線激光，成功解析視紫紅質(zhì)與阻遏蛋白復合物的晶體結(jié)構(gòu)，攻克了細胞信號傳導領域的重大科學難題。這項突破性成果以長文形式在線發(fā)表于《自然》雜志。美國科學家在Ｇ蛋白偶聯(lián)受體（ＧＰＣＲ）信號轉(zhuǎn)導領域作出的重要貢獻獲得了２０１２年諾貝爾化學獎。然而，ＧＰＣＲ信號轉(zhuǎn)導領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。研究團隊創(chuàng)新性地利用了比傳統(tǒng)同步輻射光源強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)———阻遏蛋白復合物晶體結(jié)構(gòu)，為深入理解ＧＰＣＲ 下游信號轉(zhuǎn)導通路奠定了重要基礎。該研究為開發(fā)選擇性更高的藥物奠定了堅實的理論基礎。
９． 首個自驅(qū)動可變形液態(tài)金屬機器問世
由劉靜帶領的中國科學院理化技術(shù)研究所、清華大學醫(yī)學院聯(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，以可變形機器形態(tài)長時間高速運動，實現(xiàn)了無需外部電力的自主運動。此發(fā)現(xiàn)在世界屬首次，相關論文在《先進材料》雜志上發(fā)表。標志著中國在液態(tài)金屬領域達到世界領先水平。這種液態(tài)金屬機器完全擺脫了龐雜的外部電力系統(tǒng)，向研制自主獨立的柔性機器邁出了關鍵的一步。《自然》雜志在其研究亮點欄目以《液態(tài)金屬馬達靠自身運動》為題進行了報道； 《科學》雜志也在網(wǎng)站指出“可變形金屬馬達擁有一系列用途”。
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行試驗考核。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、牽引變壓器、變流器、控制器等核心部件，其中電機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；其巧妙設計的軸承散熱結(jié)構(gòu)能有效降低軸承溫升，確保牽引動力運行的安全可靠；同時，采用了寬域高效的控制技術(shù)策略，實現(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。
1997年9月，中國科學院決定發(fā)布年度系列報告《科學發(fā)展報告》，按年度連續(xù)全景式綜述分析國際科學研究進展與發(fā)展趨勢，評述科學前沿動態(tài)與重大科學問題，報道介紹我國科學家取得的代表性突破性科研成果，系統(tǒng)介紹科學發(fā)展和應用在我國實施“科教興國”與“可持續(xù)發(fā)展”戰(zhàn)略中所起的關鍵作用，并向國家提出有關中國科學的發(fā)展戰(zhàn)略和政策建議，特別是向全國人大和全國政協(xié)會議提供科學發(fā)展的背景材料，供國家宏觀科學決策參考。隨著國家深入實施“創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展”戰(zhàn)略和持續(xù)推進創(chuàng)新型國家建設，《科學發(fā)展報告》將致力于連續(xù)系統(tǒng)揭示國際科學發(fā)展態(tài)勢和我國科學發(fā)展狀況，服務國家發(fā)展的科學決策。
《2016科學發(fā)展報告》是該系列報告的第十九部，主要包括科學展望、科學前沿、2015年中國科研代表性成果、科技領域發(fā)展觀察、中國科學發(fā)展概況和中國科學發(fā)展建議等六大部分。受篇幅所限，報告所呈現(xiàn)的內(nèi)容不一定能體現(xiàn)科學發(fā)展的全貌，重點是從當年受關注度最高的科學前沿領域和中外科學家所取得的重大成果中，擇要進行介紹與評述。
