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三個重點科學(xué)領(lǐng)域的進(jìn)展和未來趨勢

2019-01-17 02:14:44
上海企業(yè) 2019年12期
關(guān)鍵詞:量子區(qū)塊領(lǐng)域

信息科技和生命健康是全球研發(fā)投入最大的兩個領(lǐng)域,基礎(chǔ)前沿是事關(guān)長遠(yuǎn)發(fā)展的重要基礎(chǔ)。

首先,在信息技術(shù)領(lǐng)域,主要有以下重要進(jìn)展和趨勢。

一是以芯片和元器件、計算能力、新一代信息網(wǎng)絡(luò)為核心的技術(shù)加速發(fā)展,推動加快進(jìn)入萬物互聯(lián)時代。硅基芯片和元器件是信息技術(shù)發(fā)展的基石,其制程工藝不斷提高,處理速度越來越快、存儲能力越來越強(qiáng)、能耗越來越低。當(dāng)前碳基ICT技術(shù)主流研究方向主要包括,石墨烯、碳納米管、碳化硅等。超級計算是信息技術(shù)發(fā)展的重要基礎(chǔ),當(dāng)前,全球超算強(qiáng)國都在研制下一代E級超算(每秒百億億次)。

量子計算也是各國高度關(guān)注的戰(zhàn)略制高點,一臺操縱50個微觀粒子的量子計算機(jī),對特定問題的處理能力可超過神威太湖之光超級計算機(jī)。中國科技大學(xué)研制出了世界上第一臺超越早期經(jīng)典計算機(jī)的光量子計算機(jī)。今年初,IBM 也研發(fā)出可以脫離實驗室環(huán)境運行的量子計算機(jī)。谷歌開發(fā)出54量子比特數(shù)的量子芯片,該芯片支持的量子計算機(jī)完成一個隨機(jī)數(shù)字采樣100萬次的任務(wù)只需要200秒,而世界最強(qiáng)超算Summit需要1萬年。當(dāng)然對于這一成果各界還有不同的看法,真正意義上的通用量子計算機(jī)出現(xiàn)還有很長的路要走。

新一代網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)發(fā)展也進(jìn)入快車道,5G通信技術(shù)已經(jīng)開始大規(guī)模應(yīng)用,其數(shù)據(jù)速率是4G的百倍以上,傳輸延遲在1毫秒以下,能夠支持在一平方公里內(nèi)連接100萬臺設(shè)備。在這些明顯的技術(shù)優(yōu)勢幫助下,5G可以隨時隨地實現(xiàn)萬物互聯(lián),成為數(shù)字經(jīng)濟(jì)乃至數(shù)字社會的“神經(jīng)系統(tǒng)”。

二是人工智能作為引領(lǐng)帶動新一輪科技產(chǎn)業(yè)變革的戰(zhàn)略性技術(shù),將對產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、產(chǎn)業(yè)形態(tài)以及社會生活帶來決定性影響。未來10年,全球人工智能產(chǎn)業(yè)將進(jìn)入高速增長期。麥肯錫公司預(yù)測,到2030年,約70%的公司將采用人工智能,人工智能新增經(jīng)濟(jì)規(guī)模將達(dá)到13萬億美元。

現(xiàn)在,專用人工智能在單項測試、大規(guī)模圖像識別和人臉識別中,已經(jīng)超越人類。隨著材料、制造、動力、傳感、控制等相關(guān)技術(shù)的不斷發(fā)展,硬件的成本大大降低,人工智能已經(jīng)進(jìn)入工廠和普通消費者周圍。各種智能終端、智能服務(wù)、可穿戴設(shè)備不斷推陳出新,各種家政機(jī)器人、情感陪護(hù)機(jī)器人、娛樂機(jī)器人等正走進(jìn)我們的生活。比如,科大訊飛的“智醫(yī)助理”機(jī)器人,其醫(yī)學(xué)影像診斷的準(zhǔn)確率已經(jīng)達(dá)到94.1%,刷新了醫(yī)學(xué)影像權(quán)威評測的世界紀(jì)錄。

通用人工智能總體發(fā)展仍處于起步階段,也是下一代人工智能重點突破的方向。通過將人的作用或認(rèn)知模型引入人工智能系統(tǒng)中,人機(jī)協(xié)同可以更加高效地解決復(fù)雜問題,逐步實現(xiàn)人機(jī)混合智能。通過大幅提高機(jī)器智能對環(huán)境的自主學(xué)習(xí)能力,逐步實現(xiàn)自主智能系統(tǒng)。

三是大數(shù)據(jù)作為信息社會的戰(zhàn)略性資源,成為科技和產(chǎn)業(yè)競爭發(fā)展的制高點。圍繞大數(shù)據(jù)應(yīng)用形成新的、多樣化的創(chuàng)新生態(tài)鏈,推動了共享經(jīng)濟(jì)的蓬勃興起和發(fā)展,重塑了傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的結(jié)構(gòu)和形態(tài),催生了眾多的新產(chǎn)業(yè)和新業(yè)態(tài)新模式。

四是區(qū)塊鏈作為信息技術(shù)發(fā)展的新方向,將為經(jīng)濟(jì)社會數(shù)字化轉(zhuǎn)型提供強(qiáng)大動力。圍繞區(qū)塊鏈技術(shù),共識算法、加密算法等底層核心技術(shù)不斷取得突破,與人工智能、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)深度融合,將進(jìn)一步提高其技術(shù)性能的可用性、安全性,加快其跨入大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用階段的速度,令其成為數(shù)字經(jīng)濟(jì)進(jìn)一步深化發(fā)展的重要增長點。

我國在區(qū)塊鏈的發(fā)展和應(yīng)用方面具有自己的特點和優(yōu)勢。我國移動互聯(lián)網(wǎng)用戶數(shù)量巨大,在線支付應(yīng)用普及,在數(shù)字貨幣、供應(yīng)鏈、數(shù)字政務(wù)、社會公共服務(wù)等多個領(lǐng)域已有一定的應(yīng)用基礎(chǔ),未來有很大的應(yīng)用前景。上個月,中共中央政治局就區(qū)塊鏈技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢進(jìn)行了集體學(xué)習(xí)。習(xí)近平總書記在主持學(xué)習(xí)時強(qiáng)調(diào),要把區(qū)塊鏈作為核心技術(shù)自主創(chuàng)新的重要突破口,明確主攻方向,加大投入力度,著力攻克一批關(guān)鍵核心技術(shù),加快推動區(qū)塊鏈技術(shù)和產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展。

第二,關(guān)于生命與健康領(lǐng)域的重要進(jìn)展和趨勢。

一是基因組學(xué)、腦科學(xué)成為生命科學(xué)領(lǐng)域最受關(guān)注的前沿?zé)狳c?;蚓庉嫾夹g(shù)已廣泛應(yīng)用于生命科學(xué)研究和臨床研究。腦科學(xué)被看作是自然科學(xué)研究的“最后疆域”,目前科學(xué)家已經(jīng)繪制出全新的人類大腦圖譜,還通過腦機(jī)接口實現(xiàn)了對智能機(jī)器、義肢等的直接控制,為發(fā)展新一代神經(jīng)及精神疾病的診斷和治療技術(shù)方法奠定了堅實的基礎(chǔ)。

此外,人腦重大疾病診治也取得重要進(jìn)展;類腦智能研究也是當(dāng)前一個研究熱點。

二是生命科學(xué)研究新技術(shù)新方法加速走向臨床應(yīng)用,推動醫(yī)學(xué)向“個性化精準(zhǔn)診治”和“關(guān)口前移的健康醫(yī)學(xué)”新階段發(fā)展。細(xì)胞免疫療法被認(rèn)為是最有前景的腫瘤治療方式之一 。干細(xì)胞和再生醫(yī)學(xué)為有效治療心血管疾病、神經(jīng)退行性疾病、嚴(yán)重?zé)齻?、脊髓損傷等難治愈疾病,提供了新的途徑,有望成為繼藥物治療、手術(shù)治療后的第三種疾病治療途徑,引發(fā)新一輪醫(yī)學(xué)革命。

三是合成生物學(xué)、人造光合作用、分子模塊育種等新技術(shù)、新方法不斷涌現(xiàn),推動生物經(jīng)濟(jì)蓬勃發(fā)展。合成生物學(xué)方面,目前科學(xué)家已經(jīng)能夠設(shè)計多種基因控制模塊,組裝具有更復(fù)雜功能的生物系統(tǒng),甚至創(chuàng)建出“新物種”。

人造光合作用也發(fā)展迅速,科學(xué)家已經(jīng)能夠采用硅太陽能電池和鈷、鎳基催化劑等可廣泛獲取的材料,研制出可以模擬光合作用的人造樹葉,在無需外部電路控制和操作的情況下,利用太陽能將水分解為氫氣和氧氣。

分子模塊育種通過基因的直接選擇和有效聚合,能夠克服傳統(tǒng)育種周期長、偶然性大和育種效率低等缺點,實現(xiàn)量身定制、精確育種。

第三,關(guān)于基礎(chǔ)研究的重要進(jìn)展和趨勢。

21世紀(jì)以來,各主要學(xué)科領(lǐng)域在理論體系、重大問題等方面取得了一系列重大進(jìn)展,呈現(xiàn)出持續(xù)加速的態(tài)勢。

一是超宏觀方面的研究不斷拓展,對宇宙起源與演化的研究持續(xù)取得重大進(jìn)展,有望在重大理論、重大問題上取得革命性突破,使人類對宇宙的認(rèn)識實現(xiàn)新的飛躍。目前,對暗物質(zhì)和暗能量的研究成為物理學(xué)最重要的前沿方向,這也是認(rèn)識宇宙起源和演化最關(guān)鍵的一步,被稱為是21世紀(jì)物理學(xué)的兩朵新“烏云”。世界科技大國都在積極支持這方面的研究。2015年,我院成功發(fā)射了“悟空號”暗物質(zhì)粒子探測衛(wèi)星,搭載了目前國際上最高分辨、最低本底的空間高能粒子望遠(yuǎn)鏡。今年4月10日,全球六地同步直播發(fā)布了首張黑洞照片,這是人類首次看到距離地球5500萬光年、質(zhì)量為太陽65億倍的超大質(zhì)量星系中心黑洞的“面貌”。

引力波為我們進(jìn)一步認(rèn)識宇宙演化提供了重要的手段和新的途徑。我國先后啟動了太極計劃、天琴計劃,目前正在建設(shè)的阿里天文臺,主要用于探測原初引力波。支撐超宏觀研究的大科學(xué)裝置也在加速發(fā)展。

二是超微觀方面的研究不斷深入,微觀物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究開始從“觀測時代”走向“調(diào)控時代”,將為能源、材料、信息等產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供新的理論基礎(chǔ)和技術(shù)手段。在量子調(diào)控方面,鐵基高溫超導(dǎo)、多光子糾纏、量子反?;魻栃?yīng)、“天使粒子”馬約拉那費米子等一批關(guān)鍵性突破,為物質(zhì)科學(xué)的發(fā)展展現(xiàn)出更廣闊的前景。量子通信和量子計算也成為當(dāng)前的研究熱點。

最后,其他各學(xué)科領(lǐng)域也都呈現(xiàn)出群發(fā)性的突破態(tài)勢。在能源領(lǐng)域,全球新一輪能源革命正在興起,在可再生能源、第四代核能、大規(guī)模儲能以及動力電池、智慧電網(wǎng)等方面,都取得了一批突破性進(jìn)展,推動能源技術(shù)加速向綠色、低碳、安全、高效的方向轉(zhuǎn)型。

新材料領(lǐng)域正在向個性化、復(fù)合化和多功能化的方向發(fā)展,石墨烯、柔性顯示材料、仿生材料、超導(dǎo)材料、智能材料等層出不窮。

在先進(jìn)制造領(lǐng)域,以智能感知、智能控制、自動化柔性化生產(chǎn)為特征的智能工廠大量涌現(xiàn),3D、4D打印技術(shù)快速發(fā)展,個性化訂制、柔性化生產(chǎn)、制造業(yè)服務(wù)化等,成為新趨勢。

在深空深海深地探測方面,空天地海一體化觀測體系不斷完善,實現(xiàn)了空天海信息透徹感知、數(shù)據(jù)實時高效傳輸和充分共享;主要國家積極開展深空探測等重大航天工程,民營資本大量進(jìn)入航天領(lǐng)域,在全球范圍內(nèi)掀起新一輪空間探索熱潮;海洋領(lǐng)域的關(guān)注重點從近海走向深海大洋,更加重視海洋資源的保護(hù)和開發(fā)利用;地球深部探測不斷發(fā)展,使得地球更加透明,為新的資源能源來源開辟了一條新途徑。

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