１． 首次实现多自由度量子隐形传态
中国科学技术大学潘建伟、陆朝阳等组成的研究小组在国际上首次成功实现了多自由度量子体系的隐形传态，成果以封面标题的形式发表于《自然》杂志。这是自１９９７年国际上首次实现单一自由度量子隐形传态以来，科学家们经过１８年努力在量子信息实验研究领域取得的又一重大突破，为发展可扩展的量子计算和量子网络技术奠定了坚实的基础。国际量子光学专家ＷｏｌｆｇａｎｇＴｉｔｔｅｌ教授在同期《自然》杂志撰文评论：“该实验实现为理解和展示量子物理的一个最深远和最令人费解的预言迈出了重要的一步，并可以作为未来量子网络的一个强大的基本单元。”该成果已被欧洲物理学会评为“２０１５年度物理学重大突破”。
２． 北斗系统全球组网首星发射成功
２０１５年３月３０日，北斗系统全球组网首颗卫星在西昌发射成功，标志着我国北斗卫星导航系统由区域运行向全球拓展的启动实施。这颗卫星由中国科学院和上海市政府共建的上海微小卫星工程中心研制，是我国首颗新一代北斗导航卫星，入轨后将开展新型导航信号体制、星间链路等试验验证工作。这颗卫星实现了多个首创：首次使用中国科学院导航卫星专用平台，首次采用“远征”一号上面级直接入轨发射方式，首次验证相控阵星间链路与自主导航体制，首次大量使用国产化器部件以实现自主可控。由于采用一体化设计方法，按照功能链设计理念，整星分为有效载荷、结构和热控、电子学和姿态轨控等功能链，极大地提高了系统的可靠性和功能密度。
３． “长征”六号首飞“一箭多星”创纪录
２０１５年９月２０日７时０１分，我国新型运载火箭“长征”六号在太原卫星发射中心点火发射，成功将２０颗微小卫星送入太空。此次发射任务圆满成功，不仅标志着我国长征系列运载火箭家族再添新成员，而且创造了中国航天一箭多星发射的新纪录。此次“长征六号”运载火箭首飞，搭载发射了中国航天科技集团公司、国防科技大学、清华大学、浙江大学、哈尔滨工业大学等单位研制的“开拓”一号、“希望”二号、“天拓”三号、“纳星”二号、“皮星”二号、“紫丁香”二号等２０颗微小卫星，主要用于开展航天新技术、新体制、新产品等空间试验，对于促进我国微小卫星发展和新技术试验验证等具有重要意义。
４． 首架国产大飞机下线
中国自主研制的大型客机Ｃ９１９首架机２０１５年１１月２日在上海正式下线。Ｃ９１９飞机自主创新有５个标志，包括飞机总体方案、气动外形、飞机机体设计与制造、系统集成及工程项目管理等。研制人员针对气动布局、结构材料和机载系统，实现先进材料首次在国产民机上的大规模应用、数百万零部件和机载系统研制流程高度并行。在研发的集成创新过程中，全产业链上有将近２０万人参与研发制造，其采用的新技术、新材料、新工艺辐射拉动了中国经济和科技发展、基础学科进步及航空工业发展。业内专家认为，Ｃ９１９总装下线对于中国民机产业发展、基础工业实力提升、发展制造强国具有深远的意义。按计划，该飞机将于２０１６年首飞。
５． 剪接体高分辨率三维结构获解析
中国科学院国家天文台研究员刘继峰带领团队在国际上首次从超软Ｘ射线源发现相对论性高速喷流，打破了天文学界以往的认知，揭示了黑洞吸积和喷流形成的新方式。该成果发表于《自然》杂志。审稿人认为，此项工作是２０１５年度本领域内最重要的５大发现之一。“在超软Ｘ 射线源中发现相对论性喷流出乎所有人的意料，这改写了我们对超软Ｘ 射线源的认知和喷流形成的认知。”美国科学院院士、英国皇家学会院士、哈佛大学教授ＲｅｍａｓｈＮａｒａｙａｎ评论说： “它的观测特征和人们猜想并进行了大量数值模拟的处于极高吸积率的黑洞完全契合，生动展示了黑洞吞噬物质过多后产生高速重子喷流和浓密吸积盘外流的情况。”
６． 首次发现外尔费米子
中国科学院物理研究所方忠研究员带领的团队首次在实验中发现了外尔费米子。这是国际上物理学研究的一项重要科学突破，对“拓扑电子学”和“量子计算机”等颠覆性技术的突破具有非常重要的意义。外尔费米子是德国科学家威尔曼·外尔在１９２９年预言的。不过，科学家们始终无法在实验中观测到这种粒子。２０１２年以来，该所理论研究团队首次预言在狄拉克半金属中或许可以发现无“质量”的电子。陈根富小组制备出具有原子级平整表面的大块ＴａＡｓ晶体，丁洪小组利用上海光源同步辐射光束照射ＴａＡｓ晶体，使得外尔费米子第一次展现在科学家面前。外尔费米子的半金属能实现低能耗电子传输，有望解决当前电子器件小型化和多功能化所面临的能耗问题。
７． 首次发现相对论性高速喷流新模式
中国科学院国家天文台研究员刘继峰带领团队在国际上首次从超软Ｘ射线源发现相对论性高速喷流，打破了天文学界以往的认知，揭示了黑洞吸积和喷流形成的新方式。该成果发表于《自然》杂志。审稿人认为，此项工作是２０１５年度本领域内最重要的５大发现之一。“在超软Ｘ 射线源中发现相对论性喷流出乎所有人的意料，这改写了我们对超软Ｘ 射线源的认知和喷流形成的认知。”美国科学院院士、英国皇家学会院士、哈佛大学教授ＲｅｍａｓｈＮａｒａｙａｎ评论说： “它的观测特征和人们猜想并进行了大量数值模拟的处于极高吸积率的黑洞完全契合，生动展示了黑洞吞噬物质过多后产生高速重子喷流和浓密吸积盘外流的情况。”
８． 攻克细胞信号传导重大科学难题
中国科学院上海药物所研究员徐华强带领的国际团队利用世界上最强Ｘ 射线激光，成功解析视紫红质与阻遏蛋白复合物的晶体结构，攻克了细胞信号传导领域的重大科学难题。这项突破性成果以长文形式在线发表于《自然》杂志。美国科学家在Ｇ蛋白偶联受体（ＧＰＣＲ）信号转导领域作出的重要贡献获得了２０１２年诺贝尔化学奖。然而，ＧＰＣＲ信号转导领域还有一个重大问题悬而未决，即ＧＰＣＲ如何激活另一条信号通路———阻遏蛋白信号通路。研究团队创新性地利用了比传统同步辐射光源强万亿倍的世界上最亮的Ｘ射线———自由电子激光（ＸＦＥＬ）技术，用较小的晶体得到了高分辨率的视紫红质———阻遏蛋白复合物晶体结构，为深入理解ＧＰＣＲ 下游信号转导通路奠定了重要基础。该研究为开发选择性更高的药物奠定了坚实的理论基础。
９． 首个自驱动可变形液态金属机器问世
由刘静带领的中国科学院理化技术研究所、清华大学医学院联合研究小组，发现液态金属可在吞食少量物质后，以可变形机器形态长时间高速运动，实现了无需外部电力的自主运动。此发现在世界属首次，相关论文在《先进材料》杂志上发表。标志着中国在液态金属领域达到世界领先水平。这种液态金属机器完全摆脱了庞杂的外部电力系统，向研制自主独立的柔性机器迈出了关键的一步。《自然》杂志在其研究亮点栏目以《液态金属马达靠自身运动》为题进行了报道； 《科学》杂志也在网站指出“可变形金属马达拥有一系列用途”。
１０． “永磁高铁”牵引系统通过首轮线路试验考核
搭载着由中国中车研发的永磁同步牵引系统的中国首列“永磁高铁”在１０月底通过整车首轮线路运行试验考核。这意味着我国高铁动力正发生革命性变化，成为世界上少数几个掌握“永磁高铁”牵引技术的国家。该牵引系统包括永磁同步牵引电机、牵引变压器、变流器、控制器等核心部件，其中电机采用世界新型稀土永磁材料，有效克服了永磁体失磁的世界难题；其巧妙设计的轴承散热结构能有效降低轴承温升，确保牵引动力运行的安全可靠；同时，采用了宽域高效的控制技术策略，实现高速方波弱磁控制和高速平稳重投；整个牵引系统体现节能高效系统特性匹配，节能１０％以上。其研制成功不仅拉开了我国高铁“永磁驱动时代”的序幕，也为我国高铁参与国际竞争赢得了先机。
1997年9月，中国科学院决定发布年度系列报告《科学发展报告》，按年度连续全景式综述分析国际科学研究进展与发展趋势，评述科学前沿动态与重大科学问题，报道介绍我国科学家取得的代表性突破性科研成果，系统介绍科学发展和应用在我国实施“科教兴国”与“可持续发展”战略中所起的关键作用，并向国家提出有关中国科学的发展战略和政策建议，特别是向全国人大和全国政协会议提供科学发展的背景材料，供国家宏观科学决策参考。随着国家深入实施“创新驱动发展”战略和持续推进创新型国家建设，《科学发展报告》将致力于连续系统揭示国际科学发展态势和我国科学发展状况，服务国家发展的科学决策。
《2016科学发展报告》是该系列报告的第十九部，主要包括科学展望、科学前沿、2015年中国科研代表性成果、科技领域发展观察、中国科学发展概况和中国科学发展建议等六大部分。受篇幅所限，报告所呈现的内容不一定能体现科学发展的全貌，重点是从当年受关注度最高的科学前沿领域和中外科学家所取得的重大成果中，择要进行介绍与评述。
