? 单分子科学
在单分子结构高分辨表征和操控的理论和实验研究领域取得一系列重要进展，在国际上首次获得具有化学键分辨率的C60单分子图像，并发现二维C60点阵的一种新型取向畴结构（2001）；首次实现了单个分子内部的化学反应，并利用局域的化学反应来改变和控制分子的物理性质，从而实现重要的物理效应，为单分子功能器件的制备提供了一个极为重要的新方法，揭示了单分子科学研究的广阔前景（2005）；首次演示了在单分子器件上的双功能集成，为单分子器件的多功能化开辟了新的思路（2009）；首次展示亚波长尺度下的纳腔等离激元可以作为一种频率可调的近场相干光源，有效控制分子的发光特性，实现新奇的电光效应（2010）。相关研究成果发表在《Science》、《Nature》及其子刊、《PNAS》、《PRL》等学术期刊上，荣获国家自然科学二等奖1项。
利用STM获得的C60单分子图像 C60二维分子取向畴 实现了单个分子内部的化学反应
? 量子信息科学
上世纪80年代率先在国内开展量子光学研究，于1997年和1998年先后提出“量子避错编码原理”和“量子概率克隆原理”。在近十年中，学校在量子信息科学前沿和量子通信技术等领域取得了一系列具有国际领先水平的创新成果。首次实现终端开放的隐形传态、复合系统量子隐形传态、光子与原子比特间的隐形传态、国际上距离最远的自由空间量子隐形传态；首次实现五光子、六光子和十比特光子纠缠态；首次实现突破大气等效厚度的量子纠缠和量子密钥分发；率先实现绝对安全距离超过100公里和200公里的诱骗态量子密钥分发；首次实现全通型量子通信网络；首次实现具有存储和读出功能的量子中继器；实现毫秒级的单激发量子存储；实现多光子容失量子编码；实现重要的量子算法；实现自旋晶格模型中任意子分数统计的量子模拟；实现最优动力学解耦，极大地提高了电子自旋相干时间等。在量子技术创新与工程化应用方面取得了重大突破，成功研制出具有国际领先水平的单光子探测器、量子密钥收发一体终端、量子交换机和量子集控站等一批核心元器件与关键设备。目前正联合安徽省和山东省相关地区，开展“南北干线”大尺度光纤量子通信骨干网建设，有望建成世界上首个大尺度广域量子通信国家试验床，对我国夺取这一战略性新兴产业的制高点具有十分重大的意义。
相关研究成果7次入选由两院院士评选的年度中国十大科技进展新闻、4次入选美国物理学会和欧洲物理学会评选的国际物理学重大进展，并在国际权威综述杂志《Reviews of Modern Physics》上发表中国大陆科学家撰写的第一篇实验综述论文。
? 超导科学
在高温超导领域取得系列重要进展，2008年发现了一类新型超导体—铁基化合物超导体，其临界温度突破了“麦克米兰极限”，推动了铁基高温超导材料的研究。相关研究成果与日本和中科院物理所科学家的工作一起入选2008年《Science》杂志评选的世界十大科学进展、美国物理学会和欧洲物理学会评选的物理学重要进展、中国两院院士评选的世界十大科技进展等。相关研究成果发表在《Nature》及其子刊、《PRL》等学术期刊上。
发现临界温度突破43K的铁基超导材料 SmFeAsO1xFx铁基超导材料
? 纳米科技
面向世界纳米科技前沿，围绕纳米尺度下的物理、化学和生物现象，材料的生长、演变及组装的基本过程等核心科学问题开展研究，取得了一系列创新成果，研发出系列纳米仿生材料、无机-有机复合材料、新型碳纳米材料、生物医用及节能纳米材料等，并探索相关材料和技术在能源、环境、生物等高科技领域的应用。相关成果先后发表在《Science》、《Nature》子刊、《JACS》、《Angew. Chem. Int.Ed.》、《Adv. Mater.》、《ACS Nano》、《Adv. Funct. Mater.》、《Small》等学术期刊上，荣获国家自然科学二等奖2项。
成功研制磁通闭合Ni- Co合金纳米环 药物增强透皮技术
? 空间科学
立足空间科学领域的若干科学前沿和国家重大需求，开展日地空间物理、中高层大气物理、空间基础等离子体物理等研究，在太阳风暴及其空间天气效应、近地空间大气动力学和气候学、磁场重联与粒子加速基本物理过程等方面取得一系列创新成果；发展了先进探测技术；自主研发并建成了具有国际水平的地基中高层大气观测设备，以及空间粒子探测有效载荷研制平台。
"十二五"期间,重点围绕量子力学完备性检验、暗物质探测、深空探测等空间科学任务开展研究,已承担中国科学院空间科学战略性先导专项等一系列重大任务，争取实现科学上的重大发现和突破。
? 火灾科技
面向国家火灾安全重大需求和世界火灾科学前沿，开展火灾动力学演化规律和火灾防治关键技术研究；建成了一批具有国际先进水平的火灾科学研究平台；近几年发表的SCI论文数稳居国际300多个火灾研究机构首位；相关成果获得国家科技进步奖、国际科学技术合作奖、国家专利金奖等奖励。研究成果大规模应用于人民大会堂、中央电视台、北京奥运场馆、上海世博会、广州亚运会等重要场所和重要活动。成功培育出科大立安安全技术有限公司。
大空间火灾智能监测系统 便携式1323灭火器 固定式1323灭火系统
? 语音技术
围绕智能语音技术开展基础研究和关键技术研发，在自然语言理解技术，语音合成、识别与评测技术，语音编码、增强及芯片技术等共性关键技术研发上取得了一系列突破，研究成果在国内和国际多次的语音评测比赛中名列第一，语音合成、语音识别等关键核心技术处于国际领先水平。2006—2011年连续六年获得英文语音合成国际大赛（Blizzard Challenge ）第一名；2008年获NIST国际说话人识别评测大赛桂冠，2009获NIST国际语种识别评测大赛混淆方言对识别评测冠军，通用语种识别评测亚军。并先后获得国家科技进步奖、信息产业国家重大技术发明奖等奖励。成功培育出具有自主知识产权的我国唯一以语音技术为产业化方向的上市公司，在中文语音合成市场占有80%以上的市场份额，相关技术和产品广泛应用于电信、金融、电力、社保等行业和国防、教育等国家核心价值领域。
语音合成芯片 上海世博会“多语言世博语音信息查询服务”
