6月11日，國家航天局在京舉行天問一號探測器著陸火星首批科學(xué)影像圖揭幕儀式，公布了由祝融號火星車拍攝的著陸點(diǎn)全景、火星地形地貌、“中國印跡”和“著巡合影”等影像圖。首批科學(xué)影像圖的發(fā)布，標(biāo)志著我國首次火星探測任務(wù)取得圓滿成功。據(jù)悉，我國首次火星探測任務(wù)于2013年全面啟動論證，2016年1月批準(zhǔn)立項(xiàng)。2020年7月23日天問一號探測器于海南文昌成功發(fā)射，歷經(jīng)地火轉(zhuǎn)移、火星捕獲、火星停泊、離軌著陸和科學(xué)探測等階段，工程任務(wù)按計劃順利完成。

6月17日和10月16日，神舟十二號、神舟十三號載人飛船相繼發(fā)射成功，順利將航天員送入太空。神舟十二號與天和核心艙對接形成組合體，3名航天員進(jìn)駐核心艙開啟3個月駐留，開展一系列空間科學(xué)和技術(shù)試驗(yàn)，在軌驗(yàn)證了航天員長期駐留、再生生保、空間物資補(bǔ)給等空間站建造和運(yùn)營關(guān)鍵技術(shù)。神舟十三號入軌后，與天和核心艙和天舟二號、天舟三號組合體完成自主快速交會對接，3位航天員開啟6個月在軌駐留，進(jìn)一步驗(yàn)證航天員長期在軌駐留、再生生保等一系列關(guān)鍵技術(shù)。

淀粉的主要合成方式是由綠色植物通過光合作用固定二氧化碳來進(jìn)行?？茖W(xué)家一直在努力改進(jìn)光合作用過程，希望提高二氧化碳轉(zhuǎn)化速率和光能利用效率，提升淀粉生產(chǎn)效率。中科院天津工業(yè)生物技術(shù)研究所研究人員提出一種顛覆性淀粉制備方法，不依賴植物光合作用，以二氧化碳、電解產(chǎn)生的氫氣為原料，在國際上首次實(shí)現(xiàn)二氧化碳到淀粉的從頭合成，使淀粉生產(chǎn)從傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)種植向工業(yè)車間生產(chǎn)模式轉(zhuǎn)變成為可能，取得原創(chuàng)性突破。相關(guān)研究成果9月24日在線發(fā)表于《科學(xué)》雜志。

11月18日在全球超級計算大會上，國際計算機(jī)協(xié)會將2021年度“戈登貝爾獎”授予由之江實(shí)驗(yàn)室、國家超算無錫中心等單位研究人員組成的聯(lián)合科研團(tuán)隊(duì)，他們因基于新一代神威超級計算機(jī)的應(yīng)用“超大規(guī)模量子隨機(jī)電路實(shí)時模擬”（SWQSIM）獲此殊榮。在這項(xiàng)工作中，研究人員引入一個系統(tǒng)的設(shè)計過程，涵蓋模擬所需的算法、并行化和系統(tǒng)架構(gòu)。該團(tuán)隊(duì)SWQSIM應(yīng)用可在304秒內(nèi)得到百萬更高保真度的關(guān)聯(lián)樣本，在一星期內(nèi)得到同樣數(shù)量的無關(guān)聯(lián)樣本，一舉打破“量子霸權(quán)”。

中科院高能物理研究所牽頭的國際合作組依托國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施“高海拔宇宙線觀測站（LHAASO）”，在銀河系內(nèi)發(fā)現(xiàn)12個超高能宇宙線加速器，并記錄到能量達(dá)1.4拍電子伏（PeV，拍=千萬億）的伽馬光子，這是人類迄今觀測到的最高能量光子，突破了人類對銀河系粒子加速的傳統(tǒng)認(rèn)知，揭示了銀河系內(nèi)普遍存在能夠把粒子加速到超過1PeV的宇宙線加速器，開啟了“超高能伽馬天文”觀測時代。相關(guān)成果5月17日發(fā)表于《自然》。

10月19日，中科院發(fā)布嫦娥五號月球科研樣品最新研究成果。中科院地質(zhì)與地球物理研究所和國家天文臺主導(dǎo)，通過3篇《自然》論文和1篇《國家科學(xué)評論》論文，報道了圍繞月球演化重要科學(xué)問題取得的突破進(jìn)展?？蒲腥藛T利用超高空間分辨率鈾—鉛（U-Pb）定年技術(shù)，對嫦娥五號月球樣品玄武巖巖屑中50余顆富鈾礦物進(jìn)行分析，確定玄武巖形成年齡為20.30±0.04億年，表明月球在20億年前仍存在巖漿活動，比以往月球樣品限定的巖漿活動延長了約8億年。

全球氣候變暖、極端天氣頻發(fā)等為糧食安全帶來巨大挑戰(zhàn)。在此背景下，如何進(jìn)一步提高作物單產(chǎn)成為亟待解決的嚴(yán)峻問題。中科院種子創(chuàng)新研究院/遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所李家洋院士團(tuán)隊(duì)首次提出了異源四倍體野生稻快速從頭馴化的新策略，旨在最終培育出新型多倍體水稻作物，從而大幅提升糧食產(chǎn)量并增加作物環(huán)境變化適應(yīng)性。本項(xiàng)研究為未來應(yīng)對糧食危機(jī)提出了一種新的可行策略，開辟了全新的作物育種方向。相關(guān)研究成果2月4日發(fā)表于《細(xì)胞》。

4月15日，由中科院理化技術(shù)研究所承擔(dān)的國家重大科研裝備研制項(xiàng)目“液氦到超流氦溫區(qū)大型低溫制冷系統(tǒng)研制”通過驗(yàn)收及成果鑒定，標(biāo)志著我國具備了研制液氦溫度（零下269攝氏度）千瓦級和超流氦溫度（零下271攝氏度）百瓦級大型低溫制冷裝備的能力，可滿足大科學(xué)工程、航天工程、氦資源開發(fā)等國家戰(zhàn)略高技術(shù)發(fā)展的迫切需要。項(xiàng)目的成功實(shí)施，還帶動了我國高端氦螺桿壓縮機(jī)、低溫?fù)Q熱器和低溫閥門等行業(yè)的快速發(fā)展，提高了一批高科技制造企業(yè)的核心競爭力。

中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院蔬菜花卉研究所張友軍團(tuán)隊(duì)經(jīng)過20年追蹤研究，發(fā)現(xiàn)被聯(lián)合國糧農(nóng)組織認(rèn)定的迄今唯一“超級害蟲”煙粉虱，具有一種類似“以子之矛、攻子之盾”的本領(lǐng)：其從寄主植物那里獲得了防御性基因。這是現(xiàn)代生物學(xué)誕生100多年來，首次研究證實(shí)植物和動物之間存在功能性基因水平轉(zhuǎn)移現(xiàn)象。相關(guān)科研成果3月25日在線發(fā)表于《細(xì)胞》，并作為《細(xì)胞》封面文章于4月1日出版。這是我國農(nóng)業(yè)害蟲研究領(lǐng)域在《細(xì)胞》雜志的首篇論文。

量子中繼和可移動量子存儲是實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程量子通信的兩種可行方案。量子中繼方面，國際已有研究無法滿足確定性發(fā)光和多模式復(fù)用兩大需求?？梢苿恿孔哟鎯Ψ矫妫瑖H上光存儲時間最長僅1分鐘。中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)郭光燦院士團(tuán)隊(duì)李傳鋒、周宗權(quán)研究組基于稀土離子摻雜晶體研制出高性能的固態(tài)量子存儲器，實(shí)現(xiàn)了一種基于吸收型存儲器的多模式量子中繼，成功將光存儲時間提升至1小時。相關(guān)成果于4月22日和6月2日分別發(fā)表于《自然—通訊》和《自然》。