? 單分子科學
在單分子結構高分辨表征和操控的理論和實驗研究領域取得一系列重要進展，在國際上首次獲得具有化學鍵分辨率的C60單分子圖像，并發現二維C60點陣的一種新型取向疇結構（2001）；首次實現了單個分子內部的化學反應，并利用局域的化學反應來改變和控制分子的物理性質，從而實現重要的物理效應，為單分子功能器件的制備提供了一個極為重要的新方法，揭示了單分子科學研究的廣闊前景（2005）；首次演示了在單分子器件上的雙功能集成，為單分子器件的多功能化開辟了新的思路（2009）；首次展示亞波長尺度下的納腔等離激元可以作為一種頻率可調的近場相干光源，有效控制分子的發光特性，實現新奇的電光效應（2010）。相關研究成果發表在《Science》、《Nature》及其子刊、《PNAS》、《PRL》等學術期刊上，榮獲國家自然科學二等獎1項。
利用STM獲得的C60單分子圖像 C60二維分子取向疇 實現了單個分子內部的化學反應
? 量子信息科學
上世紀80年代率先在國內開展量子光學研究，于1997年和1998年先后提出“量子避錯編碼原理”和“量子概率克隆原理”。在近十年中，學校在量子信息科學前沿和量子通信技術等領域取得了一系列具有國際領先水平的創新成果。首次實現終端開放的隱形傳態、復合系統量子隱形傳態、光子與原子比特間的隱形傳態、國際上距離最遠的自由空間量子隱形傳態；首次實現五光子、六光子和十比特光子糾纏態；首次實現突破大氣等效厚度的量子糾纏和量子密鑰分發；率先實現絕對安全距離超過100公里和200公里的誘騙態量子密鑰分發；首次實現全通型量子通信網絡；首次實現具有存儲和讀出功能的量子中繼器；實現毫秒級的單激發量子存儲；實現多光子容失量子編碼；實現重要的量子算法；實現自旋晶格模型中任意子分數統計的量子模擬；實現最優動力學解耦，極大地提高了電子自旋相干時間等。在量子技術創新與工程化應用方面取得了重大突破，成功研制出具有國際領先水平的單光子探測器、量子密鑰收發一體終端、量子交換機和量子集控站等一批核心元器件與關鍵設備。目前正聯合安徽省和山東省相關地區，開展“南北干線”大尺度光纖量子通信骨干網建設，有望建成世界上首個大尺度廣域量子通信國家試驗床，對我國奪取這一戰略性新興產業的制高點具有十分重大的意義。
相關研究成果7次入選由兩院院士評選的年度中國十大科技進展新聞、4次入選美國物理學會和歐洲物理學會評選的國際物理學重大進展，并在國際權威綜述雜志《Reviews of Modern Physics》上發表中國大陸科學家撰寫的第一篇實驗綜述論文。
? 超導科學
在高溫超導領域取得系列重要進展，2008年發現了一類新型超導體—鐵基化合物超導體，其臨界溫度突破了“麥克米蘭極限”，推動了鐵基高溫超導材料的研究。相關研究成果與日本和中科院物理所科學家的工作一起入選2008年《Science》雜志評選的世界十大科學進展、美國物理學會和歐洲物理學會評選的物理學重要進展、中國兩院院士評選的世界十大科技進展等。相關研究成果發表在《Nature》及其子刊、《PRL》等學術期刊上。
發現臨界溫度突破43K的鐵基超導材料 SmFeAsO1xFx鐵基超導材料
? 納米科技
面向世界納米科技前沿，圍繞納米尺度下的物理、化學和生物現象，材料的生長、演變及組裝的基本過程等核心科學問題開展研究，取得了一系列創新成果，研發出系列納米仿生材料、無機-有機復合材料、新型碳納米材料、生物醫用及節能納米材料等，并探索相關材料和技術在能源、環境、生物等高科技領域的應用。相關成果先后發表在《Science》、《Nature》子刊、《JACS》、《Angew. Chem. Int.Ed.》、《Adv. Mater.》、《ACS Nano》、《Adv. Funct. Mater.》、《Small》等學術期刊上，榮獲國家自然科學二等獎2項。
成功研制磁通閉合Ni- Co合金納米環 藥物增強透皮技術
? 空間科學
立足空間科學領域的若干科學前沿和國家重大需求，開展日地空間物理、中高層大氣物理、空間基礎等離子體物理等研究，在太陽風暴及其空間天氣效應、近地空間大氣動力學和氣候學、磁場重聯與粒子加速基本物理過程等方面取得一系列創新成果；發展了先進探測技術；自主研發并建成了具有國際水平的地基中高層大氣觀測設備，以及空間粒子探測有效載荷研制平臺。
"十二五"期間,重點圍繞量子力學完備性檢驗、暗物質探測、深空探測等空間科學任務開展研究,已承擔中國科學院空間科學戰略性先導專項等一系列重大任務，爭取實現科學上的重大發現和突破。
? 火災科技
面向國家火災安全重大需求和世界火災科學前沿，開展火災動力學演化規律和火災防治關鍵技術研究；建成了一批具有國際先進水平的火災科學研究平臺；近幾年發表的SCI論文數穩居國際300多個火災研究機構首位；相關成果獲得國家科技進步獎、國際科學技術合作獎、國家專利金獎等獎勵。研究成果大規模應用于人民大會堂、中央電視臺、北京奧運場館、上海世博會、廣州亞運會等重要場所和重要活動。成功培育出科大立安安全技術有限公司。
大空間火災智能監測系統 便攜式1323滅火器 固定式1323滅火系統
? 語音技術
圍繞智能語音技術開展基礎研究和關鍵技術研發，在自然語言理解技術，語音合成、識別與評測技術，語音編碼、增強及芯片技術等共性關鍵技術研發上取得了一系列突破，研究成果在國內和國際多次的語音評測比賽中名列第一，語音合成、語音識別等關鍵核心技術處于國際領先水平。2006—2011年連續六年獲得英文語音合成國際大賽（Blizzard Challenge ）第一名；2008年獲NIST國際說話人識別評測大賽桂冠，2009獲NIST國際語種識別評測大賽混淆方言對識別評測冠軍，通用語種識別評測亞軍。并先后獲得國家科技進步獎、信息產業國家重大技術發明獎等獎勵。成功培育出具有自主知識產權的我國唯一以語音技術為產業化方向的上市公司，在中文語音合成市場占有80%以上的市場份額，相關技術和產品廣泛應用于電信、金融、電力、社保等行業和國防、教育等國家核心價值領域。
語音合成芯片 上海世博會“多語言世博語音信息查詢服務”
