物理前沿
　　
量子密钥分发实际安全性研究
　　中国科技大学郭光灿团队在量子密码安全领域研究中取得新进展，该团队的王双、银振强、陈巍、韩正甫等人针对量子密钥分发系统中单光子探测器实际特性展开研究，提出了包含后脉冲效应的系统优化模型，并利用雪崩过渡区非线性特性实现量子黑客攻击，为量子密钥分发系统的实际安全性分析和测评提供了新思路和技术手段。两项成果同期发表于Physical Review Applied。研究组利用后脉冲过程的非马尔科夫特性，提出了新模型。该模型将高阶后脉冲考虑在内，给出新的计数率和误码率的计算方法，提升了高速实用化系统的核心性能指标。此外，发现了门控模式单光子探测器的一种潜在漏洞，提出并实现雪崩过渡区攻击方法。
　　
隐藏自旋轨道耦合研究进展
　　中国科学院半导体研究所半导体超晶格国家重点实验室骆军委研究组与科罗拉多大学教授Alex Zunger、南方科技大学教授刘奇航、深圳大学教授张秀文合作，揭示和裁剪中心对称晶体中的隐藏Rashba自旋劈裂。研究论文发表于Nature Communications。研究成果揭示了在对称性破缺外场作用下从隐藏Rashba效应到传统Rashba效应的演变，把传统Rashba效应和隐藏Rashba效应统一在同一理论框架下，由此建立的模型哈密顿量为探索隐藏Rashba效应探索的器件和应用提供了理论基础。同时揭示传统Rashba效应和隐藏Rashba效应具有相同的局域来源，对称性破缺外场可以和晶体本征极化场是叠加作用。
　　
实现室温固态可编程量子处理器
　　中国科学技术大学杜江峰领导的中科院微观磁共振重点实验室首次在室温大气条件下实现基于固态自旋体系的可编程量子处理器。该研究成果发表于NPJ Quantum Information。量子计算利用量子叠加性，能够有效处理经典计算科学中许多难以解决的问题。可编程量子计算是量子计算走向实用化的一个重要条件。对于经典计算而言，用户通常使用同一种硬件架构就可以灵活地完成多种多样的计算任务。但是目前绝大多数量子计算实验仅仅被设计来运行特定的量子算法，如果要执行新的量子算法，往往需要重新配置量子计算的硬件。可编程量子计算概念的提出就是用来解决这一问题。
　　
超冷原子分子量子模拟在化学物理研究中应用
　　中国科学技术大学潘建伟、赵博等利用超冷原子分子量子模拟在化学物理研究中取得突破：他们通过对磁场的精确调控首次在实验上观测到超低温度下基态分子与原子之间的散射共振，向基于超冷原子分子的超冷量子化学研究迈进了重要一步，相关论文发表于Science。量子计算和量子模拟具有强大的并行计算和模拟能力，不仅为经典计算机无法解决的大规模计算难题提供有效解决方案，也可有效揭示复杂物理系统的规律，为新能源开发、新材料设计等提供指导。量子计算研究的终极目标是构建通用型量子计算机，但这一目标需要制备大规模的量子纠缠并进行容错计算。
　　
首个三维光学拓扑绝缘体
　　浙江大学陈红胜教授课题组和新加坡南洋理工大学Baile Zhang教授、Yidong Chong教授课题组合作，实现三维光学拓扑绝缘体，在三维材料的“高速公路”上，一束光跑出了“Z”字形。研究论文发表于Nature。科研人员设计了一种由多个开口谐振器构成的单元结构，具有很强的电磁双各向异性特性，是宽频带三维光学拓扑绝缘体实验得以成功的关键。联合课题组实现了三维光学拓扑绝缘体，它具有宽频带拓扑能隙。这种三维光学拓扑绝缘体，可以用印刷电路板技术制作完成。经课题组验证，由于表面光子受到该材料的拓扑保护，光子在传输过程中，不被杂质、缺陷或者拐角影响，成功避免了光因发生散射导致信息耗散的问题。
　　
新型可调“超器件”：基于相变材料的纳米天线
　　浙江大学光电科学工程学院仇?教授研究团队与南丹麦大学Sergey I. Bozhevolnyi教授研究团队合作，利用相变材料Ge2Sb2Te5(GST)构建纳米天线结构，在中红外波段实现多极子米氏谐振的主动调控和宽带范围内的模式切换，为研发新型可调控纳米光学器件提供新的基础。研究论文发表于Nature Communications。采用高折射率的相变材料GST，基于严格的多极子散射理论模型，论证即使是简单的GST纳米天线结构（例如球状结构），也可以支持多样的电磁米氏谐振模式；并且通过加热引发GST相变，使其折射率发生显著变化（Δnmax ~ 2），可以实现多模的主动调控和切换。
　　
地球辐射带电子能谱的新分布
　　武汉大学电子信息学院倪彬彬课题组在地球辐射带波粒相互作用方面取得进展，揭示了一种“反转”型辐射带电子能谱分布新现象，合理解释了等离子体层嘶声是产生该反转型能谱的主要原因，推动了对辐射带动力学过程与空间波粒相互作用机制的深入认知。研究论文发表于Nature Physics。地球辐射带于1958年被Explorer 1号卫星发现，距离地球表面约一千公里至四万公里，属高能带电粒子聚集区。作为地球轨道空间严重的粒子辐射环境，该区域的高能电子俗称“杀手电子”，对人造卫星、空间载荷和宇航员等产生潜在的重大威胁。理解地球辐射带电子时空演变的动力学过程与内在物理机制具有重要的意义。
　　
建立外尔半金属负磁电阻的新理论
　　南京大学盛利教授和邢定钰院士研究团队建立了外尔半金属负磁电阻的新理论，研究成果发表于Physical Review Letters。外尔半金属是一种新型的拓扑材料，可以看作粒子物理中标准模型的外尔费米子在凝聚态物理中的实现。外尔半金属具有极高的载流子迁移率和不同寻常的电子输运性质，在未来的高速电子器件中可能有重要的应用潜力。研究人员把手性反常、朗道能级量子化和玻尔兹曼方程相结合，推导获得了一个外尔半金属磁电导率的新公式。此外，获得了外尔半金属磁电导公式的普适性，它适用于从经典到极端量子极限的整个区域，也适用于从弱磁场到强磁场的所用情况。
　　
　　　　
古生物与古人类
　　
距今10万年左右中国古人类石器技术的复杂性
　　中国科学院古脊椎动物与古人类研究所李浩、高星与山东大学李占扬、南非金山大学Kathleen Kuman以及美国德保罗大学Alexandra Sumner等合作，对许昌人遗址历年（2005—2016）发掘出土的14862件石制品进行研究，全面系统地揭示了“许昌人”的石器制作技术及相关人类行为活动信息。研究成果发表于Archaeological and Anthropological Sciences。研究发现“许昌人”已具备较为复杂和进步的石器技术，发展出灵活、高效的原料和环境适应策略。比较研究显示了中国远古人类在石器技术演化与行为适应方式等方面所具有的区域特色。
　　
东亚古人类牙齿生长发育研究
　　中国科学院古脊椎动物与古人类研究所邢松等与国际同行合作完成的关于许家窑古老型人类幼年个体的牙齿生长发育研究结果，相关论文发表于Science Advances。使用同步辐射扫描技术对许家窑幼年个体的萌出和未萌出的恒齿进行了高精度扫描，复原了许家窑幼年个体牙齿的内外长短周期线，推算出该个体所有恒齿的齿冠形成时间、齿根形成时间和速率、齿冠钙化的开始时间、第一臼齿的萌出时间、釉面横纹的分布规律。研究发现在形态特征上还比较原始的许家窑人在牙齿生长发育规律（被认为反映生活史）上已经步入现代人变异范围内。提示人类在演化成如今模样之前，可能就已经像现代人一样遵循着一个较慢的生理节律。
　　
北回归线上的绿洲至少在距今4000万年前就已形成
　　中国科学院青藏高原研究所大陆碰撞与高原隆升实验室、青藏高原卓越创新中心方小敏研究员及其合作者，对华南地区3个盆地中始新世地层孢粉进行了详细的研究，重建了该区中始新世的古植被与古气候，研究论文发表于Global and Planetary Change。研究表明：中始新世的孢粉组合中含有大量的榆粉属、桤木粉属、栎粉属、枫香粉属，伴生有丰富的喜湿热的热带、亚热带常绿树种，推测当时的盆地或丘陵地带生长着亚热带常绿阔叶林，盆地周边山地上生长着温带落叶阔叶林或针叶林，当时的植被面貌与现今华南基本相似，反映了温暖湿润的亚热带气候。
　　
全新世以来北京地区气候、植被景观与人类生存环境动态变化
　　中国科学院植物研究所王宇飞研究组与北京麋鹿生态实验中心合作，以北京平原地区为研究对象，通过整合地层中花粉资料和考古文献，采取植物为气候代用指标，利用共存分析方法首次定量重建了全新世以来北京平原地区的温度和降水变化，描绘了全新世北温带东亚季风区的区域尺度降水模式，探讨了全球尺度季风降水变化及潜在驱动力，并揭示了古代人类对气候变化的响应。研究论文发表于Earth-Science Reviews。全新世（距今约11700年至今）是新石器时代和农业活动的开端，也是人类社会形成与发展的关键时段。全新世的植被演替和气候变化影响了北京地区人类的生存和发展。
　　
南澳宋城：被海啸毁灭的古文明遗址
　　中国科学技术大学地球和空间科学学院、极地环境与全球变化安徽省重点实验室孙立广—谢周清研究小组对广东省南澳岛的海岸沉积剖面进行研究，揭示了该岛一千年前遭受南海海啸袭击的历史，证实了中国历史上曾发生过海啸冲击大陆海岸带的事件。研究成果发表于《科学通报》。袭击西沙东岛的海啸的年代约为公元1024年，历史文献中记录的广东潮阳遭受破坏性海浪袭击的时间为1076年，南澳海啸层陆地动物骨骼的定年结果范围包含了上述年代。因此西沙东岛与南澳岛所记录的应为同一事件，其年代是文献中记录的公元1076年。在海啸沉积层发现了大量宋代陶瓷器残片，这表明宋井地区在北宋中期是一座具有高度文明的小城。
　　
翼龙具有羽毛状结构
　　南京大学地球科学与工程学院姜宝玉教授团队与国内外同行合作，首次在一类短尾翼龙身体上发现了四种羽毛状毛发结构：简单的独根（类似“头发”）、束状、具中轴以及侧向分支和绒羽状结构。这四种羽毛状结构之前只发现于恐龙的两个主要类群—植食性的鸟臀类（Ornithischians）和兽脚类（Theropods）（其中一支演化成为鸟类）。这项成果将羽毛状毛发结构的起源提前了大约七千万年。研究成果发表于Nature Ecology and Evolution。羽毛大约在两千五百万年前开始出现，此时生命正从二叠纪末大绝灭事件中逐渐恢复。很多条独立的线索都指向了此时的陆地脊椎动物，包括哺乳动物和恐龙的祖先类群。
　　
侏罗纪带羽毛恐龙揭示鸟类羽毛分子演化
　　中国科学院南京地质古生物研究所泮燕红博士、中国科学院古脊椎动物与古人类研究所周忠和院士、临沂大学郑晓廷教授、美国北卡罗来纳州立大学Mary Schweitzer教授等合作，开展羽毛分子演化的化石直接证据研究，研究论文发表于《美国科学院院报》（PNAS）。侏罗纪近鸟龙是迄今发现的最早的带羽毛的恐龙之一，过去对其功能形态学的分析指示其具有一定的飞行能力，但是由于缺乏直接的化石证据，因此对其飞行能力的推测一直存在争议。该研究显示，以近鸟龙为代表的带毛恐龙虽然可能具备了一定的飞行能力，但其羽毛的分子构成还不足以支撑与鸟类类似的飞行。
　　
中新世佛昙生物群的高精度年代学分析
　　中国科学院南京地质古生物研究所“现代陆地生态系统起源与早期演化研究团队”的郑大燃博士与史恭乐副研究员、香港大学、哥伦比亚大学等科研人员合作，通过对植物化石层和琥珀生物群之上的玄武岩的40Ar/39Ar高精度年代学分析和生物地层学年代限定，为该生物群提供了准确的年代限制。研究论文发表于Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology。福建漳浦的佛昙群地层产出了大量动植物化石及琥珀，构建了我国中新世的热带雨林生态系统，统称为佛昙生物群。佛昙生物群中丰富而精美的植物化石保存在硅藻土和泥岩中，而地层下部煤层和砂岩层中产出了大量的琥珀。对于该生物群精确的年代学研究显得极为重要。
　　

农作物与农产品
　　
自交亲和二倍体马铃薯
　　云南师范大学马铃薯科学研究院院长、中国农业科学院农业基因组研究所所长黄三文研究员领衔的团队创制出自交亲和二倍体马铃薯，研究成果发表于Nature Plants。马铃薯营养全面，是全球仅次于水稻和小麦的第三大主要粮食作物。我国是世界上第一大马铃薯生产和消费国家。长期以来，马铃薯研究和生产以同源四倍体栽培马铃薯为主要对象。该研究获得了自交亲和、稳定遗传的二倍体马铃薯新材料，可进一步用于二倍体马铃薯自交系、突变体库、重组自交系、近等基因系和渐渗系等的创制，为二倍体马铃薯杂交育种体系建立、杂种优势分子基础研究及其开发应用等奠定了关键的物质基础。
　　
发现增加水稻穗粒数的新途径
　　中国农业科学院水稻研究所种质创新团队解析了水稻小穗内小花数目的发育调控机制，为水稻高产分子设计育种奠定了基础。该成果为增加每穗粒数提供了两条新的途径和观点，即通过常规杂交或者基因编辑手段培育“多花小穗”水稻品种从而实现水稻增产。相关文章发表于Plant Biotechnology Journal。该团队鉴定了一个新等位突变体fon4-7，该突变体使小穗除了产生正常的顶生小花外，还形成一个额外的或者侧生的小花。该研究揭示了FON4调控小穗分生组织的确定性，其突变导致小穗内小花数目不确定，获得形成多花小穗的潜力，进而形成多个种子。
　　
通过光呼吸代谢工程创建高光效水稻新种质
　　华南农业大学彭新湘课题组采用水稻自身的基因，创建了一条新的光呼吸支路并成功将其导入水稻叶绿体中形成了光合CO2浓缩机制，显著提高了水稻的光合效率和产量。研究论文发表于Molecular Plant。最终利用水稻自身的3个基因，即OsGLO3（乙醇酸氧化酶）、OsOXO3（草酸氧化酶）和OsCATC（过氧化氢酶），构建了一条新的光呼吸支路，简称GOC支路。通过多基因转化技术成功将GOC支路导入水稻并定位至叶绿体中，由此使光呼吸产生的部分乙醇酸直接在叶绿体内被催化为草酸并最终完全分解为CO2，从而形成一种类似C4植物的光合CO2浓缩机制。提高了GOC工程水稻株系的光合效率、生物量、籽粒产量。
　　
组蛋白修饰调控水稻干旱应答的新机制
　　华中农业大学熊立仲教授课题组揭示了组蛋白单泛素化修饰精细调控水稻干旱应答的新机制，对于探究植物抗旱分子机理和抗旱遗传改良具有重要的意义。研究论文发表于Molecular Plant。具有组蛋白H2B单泛素化功能的E3泛素连接酶OsHUB2可以与OsbZIP46互作，同时作为一个正调控因子参与ABA信号转导和干旱应答。干旱胁迫过程中H2B单泛素化修饰存在动态变化，该修饰在中度干旱胁迫后显著上调，而在重度干旱胁迫又有所下降（相对中度胁迫而言）。造成这一动态变化的原因可能是由于MODD对H2Bub1修饰也存在负调控：MODD可以通过招募具有组蛋白H2B去单泛素化酶活性的OsOTLD1负调控H2B单泛素化修饰。

玉米系统性响应害虫胁迫研究
　　中国科学院昆明植物研究所功能基因组学与利用团队吴建强课题组揭示了玉米在系统响应害虫取食后，叶片的不同部位以及系统叶片如何调控植物激素、次生代谢产物及基因表达，进行有效的抵御，为抗虫玉米的分子育种提供了理论参考。相关研究成果发表于Philosophical Transactions of the Royal Society B。玉米产量已经连续多年稳居世界第一，在农业生产上占有重要地位，而虫害是玉米稳产增产的严重障碍。粘虫（Mythimna separata Walker）是我国玉米生产面临的重要威胁之一，其取食不但造成大量玉米减产，每年防治粘虫必须使用大量农药，造成了不可忽视的环境和生态问题。
　　
人工橡胶林总初级生产力与颜色指数的关系
　　中国科学院西双版纳热带植物园全球变化研究组张一平研究团队以西双版纳1982年种植的橡胶林为研究对象，使用通量塔测量的总初级生产力(Gross Primary Production, GPP)以及数码相机拍摄的林冠照片，计算得到颜色指数，在日尺度上探讨了橡胶林总初级生产力与颜色指数之间的关系，并使用颜色指数模拟总初级生产力（GPP）。研究成果发表于Forest Ecology and Managemen。在引种的人工橡胶林中，由于其集中落叶和生长季林冠颜色变化不明显等特征导致在探究此关系时存在一定的不确定性。研究结果表明林冠颜色指数较好地模拟非本土森林植被的总初级生产力，数字相机在监测生物和非生物事件的发生中具有很好的效果。
　　
通过转录组分析鉴定风筝果种子油脂代谢基因
　　中国科学院西双版纳热带植物园药用植物栽培技术研究组研究人员田波等与合作者对风筝果种子发育过程中的转录组进行了比较分析。相关研究成果发表于Biotechnology for Biofuels。结合发育时期种子的三代全长转录组和5个种子不同发育时期的二代转录组数据，从差异表达基因中鉴定得到71个参与油脂代谢的重要基因以及246个转录因子和124个长片段非编码RNA(lncRNA)，通过共表达网络分析，鉴定获得与关键油脂代谢基因高度相关的转录因子57个及lncRNAs35个，对重要的油脂代谢基因及转录因子和lncRNAs在风筝果种子蓖麻油酸累积中的作用进行分析，构建了展示各基因表达模式的风筝果种子油脂代谢的网络图。
　　
玉米籽粒发育机制研究
　　中国农业大学农学院宋任涛课题组克隆和功能解析了一个编码黏连蛋白loader亚基Sister Chromatid Cohesion Protein 4 （SCC4）的基因，揭示了SCC4参与染色体分离和玉米籽粒发育的分子机制。研究成果发表于The Plant Cell。通过对经典玉米籽粒突变体dek15（defective kernel 15）的定位克隆，并进行转基因功能互补和等位测验，确定其是由于编码SCC4的基因第一个外显子上的单碱基突变导致蛋白翻译提前终止造成的。SCC4基因突变后籽粒变小，胚乳内含物大量减少且胚致死。进一步分析发现，SCC4基因缺失造成严重的细胞周期和胚乳内复制紊乱。该研究是首次对植物SCC4进行的功能鉴定。