2025年3月27日，国家自然科学基金委员会在京发布2024年度“中国科学十大进展”。三位“科学探索奖”获奖人的研究成果入选，分别是：
方璐 清华大学电子工程系
2024年“科学探索奖”信息电子领域获奖人
入选成果：实现大规模光计算芯片的智能推理与训练
成果解读：为人工智能注入“光子”算力
以大模型为代表的人工智能技术迅猛发展，对算力的需求呈现远超摩尔定律增长的趋势，新兴智能计算范式的发展迫在眉睫。光具备传播速度快、表征维度多、计算功耗低等物理特性。智能光计算用光子替代电子作为计算载体，以光的受控传播实现计算，有望对当前计算范式带来颠覆性的突破，成为新一代人工智能发展的国际前沿。针对大规模可重构智能光计算难题，清华大学方璐、戴琼海等摒弃了传统电子深度计算的范式，首创了分布式广度光计算架构，建立干涉-衍射联合传播模型，研制了国际首款大规模通用智能光计算芯片“太极”，实现每焦耳160万亿次运算的系统级能量效率，首次赋能光计算实现自然场景千类对象识别、跨模态内容生成等通用人工智能任务。
训练和推理是AI大模型核心能力的两大基石，缺一不可。针对大规模神经网络的训练难题，该团队构建了光子传播对称性模型，摒弃了电训练反向传播范式，首创了全前向智能光计算训练架构，摆脱了对GPU离线训练的依赖，支撑智能系统的高效精准光训练。
太极系列芯片实现了大规模神经网络的高效推理与训练，相较于国际先进GPU（依赖7nm先进光刻制程），系统级能效提升了2个数量级，且仅需百纳米级制程工艺。有望解决电子芯片痛点问题，以全新的计算范式破除人工智能算力困局，以更低的资源消耗和更小的边际成本，为人工智能大模型、通用人工智能、复杂智能系统的高速高能效计算探索新路径。
马仁敏 北京大学物理学院
2021年“科学探索奖”信息电子领域获奖人
入选成果：实现原子级特征尺度与可重构光频相控阵的纳米激光器
成果解读：突破衍射极限！感受“光之雕刻”
20世纪的四大发明中，晶体管和激光器占据重要地位。晶体管依托电子，激光器依托光子。电子和光子作为两类基本粒子，均可用于承载能量与信息。电力的广泛应用推动了工业革命和现代化进程，极大提升了社会生产力；而作为信息载体的电子芯片，则催生了信息技术革命，引领人类迈入数字化时代。自1960年美国科学家梅曼成功研制出首台激光器以来，激光技术便在两个极端方向上不断拓展：一方面，向超高功率发展，例如用于可控核聚变的中国神光激光装置。正如钱学森先生形象地描述，这一技术相当于在地球上创造一个“小太阳”，未来有望提供稳定而持久的清洁能源。另一方面，激光器的微型化趋势日益加速。正如晶体管的微缩推动了电子芯片的发展，微型激光器的进步极大促进了光子技术的革新。
在这一背景下，北京大学马仁敏等提出了奇点色散方程，建立了介电体系突破衍射极限的理论框架，并成功研制出奇点介电纳米激光器，首次将激光器的特征尺度推进至原子级别。此外，他们还基于纳米激光器构建了可重构光频相控阵，使得纳米激光器阵列可以“同步起舞”，生成可重构的任意相干激射图案。相较于常规激光器，纳米激光器具有小体积、低能耗等特点，在信息技术、传感探测等领域具有广阔的应用前景。
王殳凹 苏州大学放射医学与辐射防护国家重点实验室
2023年“科学探索奖”能源环境领域获奖人
入选成果：高能量转化效率锕系辐射光伏微核电池的创制
成果解读：让核废料成为新能源时代的“黑色黄金”
在我国核能快速发展的背景下，伴随而来的大量核废料中含有半衰期长达数千年到百万年的锕系核素，长期被视为环境负担。为此，苏州大学王殳凹、王亚星和西北核技术研究所/湘潭大学欧阳晓平等提出了一种新型锕系辐射光伏核电池的技术方案，通过创新设计将核废料中锕系核素衰变释放的能量转化为持久电能，实现了变废为宝。
传统辐射光伏核电池在利用锕系核素衰变能时，会受到α粒子自吸收效应的限制，导致能量转换效率较低，难以充分发挥锕系核素所蕴含的巨大能量。为突破这一瓶颈，该团队通过引入“聚结型能量转换器”概念，通过在分子级别上将放射性核素与能量转换单元紧密耦合，从根本上克服了自吸收效应，大幅提升了衰变能转换效率。实验中，研究团队将核废料中关键的锕系核素243Am均匀掺入稀土发光配位聚合物晶格中，形成了紧密耦合的晶体结构。结果表明，在1%的243Am掺杂条件下，该材料在内辐照下可产生肉眼可见的自发光，其衰变能到光能转换效率可达3.43%。进一步结合钙钛矿光伏电池后，总能量转换效率突破0.889%，单位活度功率可达139 μW·Ci⁻¹，并在连续运行200小时的测试中展现出优异的性能稳定性。
这一锕系辐射光伏核电池设计思路，在锕系元素化学与能量转换器件之间架起了桥梁，兼具基础研究深度和潜在应用前景，为高效微型核电池开发提供了理论基础，也为放射性废物的资源化利用提供了新的思路。
新基石科学基金会向获奖人表示热烈祝贺，期待他们取得更多科学突破。
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“中国科学十大进展”遴选活动旨在深入贯彻习近平总书记关于科技创新的重要论述，特别是关于加强基础研究的重要讲话和重要指示批示精神，坚持“四个面向”的战略导向，宣传我国基础研究取得的重大进展。“中国科学十大进展”自2005年启动以来，已成功举办20届，激发了广大科技工作者的科研热情，弘扬了科学精神，推动了基础研究的科学普及，促进了公众对基础研究的了解、关心和支持，已成为盘点我国基础研究领域年度成果的重要品牌活动。历年入选进展是我国基础研究取得重要成果的缩影和代表，在科技界产生良好反响，受到社会各界广泛关注。
2024年度“中国科学十大进展”主要分布在数理天文信息、化学材料能源、地球环境和生命医学等科学领域。遴选活动由国家自然科学基金委员会主办，国家自然科学基金委员会高技术研究发展中心（国家自然科学基金委员会基础研究管理中心）承办，分为推荐、初选、终选和审议等四个环节。《中国基础科学》《科技导报》《中国科学院院刊》《中国科学基金》《科学通报》5家编辑部以及教育部推荐了700多项基础研究成果，由近140位相关学科领域专家学者从中遴选出31项成果；由包括440余位两院院士在内的2700余位专家学者对这31项成果进行实名投票，遴选出10项重大科学研究成果；经国家自然科学基金委员会咨询委员会审议，最终确定2024年度“中国科学十大进展”。
