五大領(lǐng)域?qū)⒊晌磥懋a(chǎn)業(yè)創(chuàng)新前沿

 

　　新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革加速發(fā)展，新的顛覆性技術(shù)不斷涌現(xiàn)。9月9日，浦江創(chuàng)新論壇成果發(fā)布會在上海召開。會上，由中國科學(xué)技術(shù)信息研究所、上海市科學(xué)學(xué)研究所聯(lián)合編撰的《未來產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新的前沿領(lǐng)域》報(bào)告正式發(fā)布。

 

　　該報(bào)告基于對各國和地區(qū)科技政策與研發(fā)投入、論文與專利、專家觀點(diǎn)與學(xué)術(shù)會議資料等科技信息的多維度分析，遴選出未來產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新的五大前沿領(lǐng)域——類腦芯片、量子信息、合成生物學(xué)、綠色制氫和區(qū)塊鏈，并探討了它們的發(fā)展態(tài)勢、區(qū)域研發(fā)優(yōu)勢、技術(shù)研發(fā)方向和面臨的挑戰(zhàn)。

 

　　類腦芯片：近10年來高速發(fā)展

 

　　類腦芯片是借鑒人腦的信息處理機(jī)制發(fā)展出的新型計(jì)算芯片，近10年來高速發(fā)展。報(bào)告指出，類腦芯片于2013年至2016年進(jìn)入快速增長期，2016年后進(jìn)入高速增長期。2013年之前，有關(guān)類腦芯片的全球論文數(shù)量不足500篇，2016年升至1000篇，2022年有近4000篇。類腦芯片專利申請量也在2015年后大幅上升，從2015年的不到300件升至2021年超2600件。

 

　　從國家來看，美國是全球類腦芯片研究和應(yīng)用的領(lǐng)先國家；瑞士是神經(jīng)形態(tài)芯片的發(fā)起地，其學(xué)術(shù)影響力較大；中國的類腦芯片研究起步較晚，但在2016年與美國同步進(jìn)入快速增長期。目前，中國在這一領(lǐng)域的基礎(chǔ)研究和技術(shù)研發(fā)成果數(shù)量均居全球首位，但論文仍存在學(xué)術(shù)影響力較低、研究質(zhì)量與頂級機(jī)構(gòu)存在差距等問題。

 

　　中國科學(xué)技術(shù)信息研究所副所長劉琦巖在發(fā)布會上表示，類腦芯片是人工智能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)和先鋒，目前仍處于實(shí)驗(yàn)室探索階段，尚存在理論建模、功耗降低、融合感存算一體化、高效感知等諸多技術(shù)瓶頸。類腦芯片融合了腦科學(xué)、計(jì)算神經(jīng)科學(xué)、認(rèn)知科學(xué)、統(tǒng)計(jì)物理等學(xué)科知識，需要充分調(diào)動相關(guān)領(lǐng)域?qū)＜覅⑴c，加強(qiáng)學(xué)科交叉。

 

　　量子信息：創(chuàng)新大國競爭激烈

 

　　量子信息是量子力學(xué)與信息學(xué)交叉形成的一門學(xué)科。報(bào)告顯示，在量子信息領(lǐng)域，創(chuàng)新大國競爭激烈，基礎(chǔ)研究和技術(shù)研發(fā)成果數(shù)量持續(xù)增加。美國在量子計(jì)算和量子測量方面優(yōu)勢明顯。中國目前的量子信息專利數(shù)量居全球首位，論文數(shù)量僅次于美國，量子通信應(yīng)用規(guī)模和產(chǎn)業(yè)發(fā)展處于全球領(lǐng)先地位，但量子計(jì)算和量子測量領(lǐng)域的研究與應(yīng)用水平較美國仍有一定差距。

 

　　在細(xì)分領(lǐng)域方面，量子計(jì)算的產(chǎn)業(yè)影響力最大，是量子信息領(lǐng)域的關(guān)注焦點(diǎn)。樣機(jī)研發(fā)與性能提升是實(shí)現(xiàn)量子計(jì)算潛力的核心，超導(dǎo)和離子阱技術(shù)路線持續(xù)領(lǐng)跑，硬件技術(shù)仍處于多種方案并存發(fā)展階段；量子通信領(lǐng)域的未來方向則是基于量子隱形傳態(tài)、存儲中繼和轉(zhuǎn)換等關(guān)鍵技術(shù)，構(gòu)建量子信息網(wǎng)絡(luò)；在量子測量領(lǐng)域，原子鐘、重力儀、磁力計(jì)、光量子雷達(dá)等多類型產(chǎn)品已逐步實(shí)現(xiàn)商業(yè)應(yīng)用。

 

　　報(bào)告指出，量子信息的前沿科技成果尚處于探索研究期，需要進(jìn)行深入的概念驗(yàn)證，技術(shù)成熟度不高，轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)化存在諸多困難。因此，需要加強(qiáng)政產(chǎn)學(xué)研用各方在量子信息領(lǐng)域的溝通交流與協(xié)同創(chuàng)新，將學(xué)術(shù)力量與產(chǎn)業(yè)界資源有機(jī)結(jié)合。

 

　　合成生物學(xué)：需要政策持續(xù)支持

 

　　合成生物學(xué)是生物科學(xué)新出現(xiàn)的一個(gè)分支學(xué)科，是基于系統(tǒng)生物學(xué)的遺傳工程和工程方法的人工生物系統(tǒng)研究。報(bào)告指出，在合成生物學(xué)領(lǐng)域研究中，美國屬于第一梯隊(duì)，中國、日本、英國屬于第二梯隊(duì)。從全球來看，合成生物學(xué)的研究已形成比較固定的學(xué)術(shù)合作圈，在科技創(chuàng)新合作中地緣關(guān)系影響較大。

 

　　劉琦巖介紹，合成生物學(xué)的發(fā)展還處于早期階段，需要政策持續(xù)支持。目前整個(gè)行業(yè)的發(fā)展仍缺乏中長期、明確的發(fā)展規(guī)劃。細(xì)分來看，上游工具層是合成生物學(xué)技術(shù)體系的基礎(chǔ)和關(guān)鍵，競爭壁壘較高，中游的數(shù)字化、人工智能化對于實(shí)現(xiàn)對生命系統(tǒng)的理性設(shè)計(jì)至關(guān)重要，技術(shù)創(chuàng)新難度均較大。解決規(guī)模化生產(chǎn)難題是合成生物學(xué)的產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)商業(yè)化的必由之路。此外，合成生物學(xué)研究需要生命科學(xué)、工程學(xué)、信息學(xué)、物理和化學(xué)等學(xué)科融合交叉。在倫理爭議、生物安全、有效監(jiān)管方面也有待探索。

 

　　綠色制氫：可再生能源電解水制氫是重點(diǎn)

 

　　在新能源領(lǐng)域，綠色制氫近年來備受關(guān)注。報(bào)告介紹，利用太陽能、風(fēng)能、海洋能、水能等產(chǎn)電再進(jìn)行電解水制氫，由此得到氫能，是綠色制氫的研發(fā)重點(diǎn)，在商業(yè)上將可以與煤、油等化石能源競爭，但仍存在材料成本、催化劑活性、氣體擴(kuò)散層等技術(shù)挑戰(zhàn)。

 

　　在研發(fā)路線上，中國、美國、德國、加拿大、印度、英國側(cè)重于質(zhì)子交換膜電解水技術(shù)；韓國、意大利、日本以堿性電解水技術(shù)為研發(fā)重點(diǎn)；法國以固體氧化物電解水為主。

 

　　從國際競爭來看，在綠色制氫上，日本的技術(shù)研發(fā)專利數(shù)量居全球首位，具有絕對優(yōu)勢。中國的專利申請量僅次于日本，但是缺少全球布局。世界排名前20位的頂尖研發(fā)機(jī)構(gòu)中，日本有15個(gè)，且均為企業(yè)。中國有3個(gè)機(jī)構(gòu)入圍，但僅有華能集團(tuán)1個(gè)企業(yè)。中國的研發(fā)力量仍以高校和研究所為主，這容易造成產(chǎn)業(yè)需求與研發(fā)方向脫節(jié)，研發(fā)成果不易轉(zhuǎn)化成產(chǎn)品。

 

　　區(qū)塊鏈：中國研發(fā)水平全球領(lǐng)先

 

　　區(qū)塊鏈本質(zhì)上是一種去中心化的分布式數(shù)據(jù)庫，是分布式數(shù)據(jù)存儲、多中心的點(diǎn)對點(diǎn)傳輸、共識機(jī)制和加密算法等多種技術(shù)在互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的創(chuàng)新應(yīng)用模式。

 

　　區(qū)塊鏈已經(jīng)在全球金融、物流運(yùn)輸、醫(yī)療保健等多個(gè)行業(yè)得到應(yīng)用。未來，隨著技術(shù)的成熟和認(rèn)知的提升，預(yù)計(jì)將有更多行業(yè)開始探索和采用區(qū)塊鏈技術(shù)。隨著區(qū)塊鏈應(yīng)用的增加，個(gè)人隱私和身份驗(yàn)證問題變得更加重要。

 

　　在科技創(chuàng)新上，全球創(chuàng)新大國在區(qū)塊鏈領(lǐng)域的基礎(chǔ)研究中合作較為密切，近一半論文由多個(gè)國家或地區(qū)合作完成。其中，中國與美國的合作頻次居首位。當(dāng)前，區(qū)塊鏈技術(shù)研發(fā)主要集中在上游數(shù)據(jù)層、合約層，以及下游金融領(lǐng)域。中國在上、中、下游各個(gè)層面的論文和專利數(shù)均處于絕對優(yōu)勢地位，這一點(diǎn)尤其體現(xiàn)在基礎(chǔ)研究中的聯(lián)盟鏈、共識層，以及技術(shù)研發(fā)中的聯(lián)盟鏈、物流運(yùn)輸?shù)确矫妗Ｓ纱丝梢姡袊趨^(qū)塊鏈領(lǐng)域的基礎(chǔ)研究與技術(shù)研發(fā)水平均全球領(lǐng)先。