三個重點科學領域的進展和未來趨勢

信息科技和生命健康是全球研發投入最大的兩個領域，基礎前沿是事關長遠發展的重要基礎。

首先，在信息技術領域，主要有以下重要進展和趨勢。

一是以芯片和元器件、計算能力、新一代信息網絡為核心的技術加速發展，推動加快進入萬物互聯時代。硅基芯片和元器件是信息技術發展的基石，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、能耗越來越低。當前碳基ICT技術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發展的重要基礎，當前，全球超算強國都在研制下一代E級超算（每秒百億億次）。

量子計算也是各國高度關注的戰略制高點，一臺操縱50個微觀粒子的量子計算機，對特定問題的處理能力可超過神威太湖之光超級計算機。中國科技大學研制出了世界上第一臺超越早期經典計算機的光量子計算機。今年初，IBM 也研發出可以脫離實驗室環境運行的量子計算機。谷歌開發出54量子比特數的量子芯片，該芯片支持的量子計算機完成一個隨機數字采樣100萬次的任務只需要200秒，而世界最強超算Summit需要1萬年。當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出現還有很長的路要走。

新一代網絡通信技術發展也進入快車道，5G通信技術已經開始大規模應用，其數據速率是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連接100萬臺設備。在這些明顯的技術優勢幫助下，5G可以隨時隨地實現萬物互聯，成為數字經濟乃至數字社會的“神經系統”。

二是人工智能作為引領帶動新一輪科技產業變革的戰略性技術，將對產業結構、產業形態以及社會生活帶來決定性影響。未來10年，全球人工智能產業將進入高速增長期。麥肯錫公司預測，到2030年，約70%的公司將采用人工智能，人工智能新增經濟規模將達到13萬億美元。

現在，專用人工智能在單項測試、大規模圖像識別和人臉識別中，已經超越人類。隨著材料、制造、動力、傳感、控制等相關技術的不斷發展，硬件的成本大大降低，人工智能已經進入工廠和普通消費者周圍。各種智能終端、智能服務、可穿戴設備不斷推陳出新，各種家政機器人、情感陪護機器人、娛樂機器人等正走進我們的生活。比如，科大訊飛的“智醫助理”機器人，其醫學影像診斷的準確率已經達到94.1%，刷新了醫學影像權威評測的世界紀錄。

通用人工智能總體發展仍處于起步階段，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知模型引入人工智能系統中，人機協同可以更加高效地解決復雜問題，逐步實現人機混合智能。通過大幅提高機器智能對環境的自主學習能力，逐步實現自主智能系統。

三是大數據作為信息社會的戰略性資源，成為科技和產業競爭發展的制高點。圍繞大數據應用形成新的、多樣化的創新生態鏈，推動了共享經濟的蓬勃興起和發展，重塑了傳統產業的結構和形態，催生了眾多的新產業和新業態新模式。

四是區塊鏈作為信息技術發展的新方向，將為經濟社會數字化轉型提供強大動力。圍繞區塊鏈技術，共識算法、加密算法等底層核心技術不斷取得突破，與人工智能、大數據、物聯網等技術深度融合，將進一步提高其技術性能的可用性、安全性，加快其跨入大規模商業化應用階段的速度，令其成為數字經濟進一步深化發展的重要增長點。

我國在區塊鏈的發展和應用方面具有自己的特點和優勢。我國移動互聯網用戶數量巨大，在線支付應用普及，在數字貨幣、供應鏈、數字政務、社會公共服務等多個領域已有一定的應用基礎，未來有很大的應用前景。上個月，中共中央政治局就區塊鏈技術發展現狀和趨勢進行了集體學習。習近平總書記在主持學習時強調，要把區塊鏈作為核心技術自主創新的重要突破口，明確主攻方向，加大投入力度，著力攻克一批關鍵核心技術，加快推動區塊鏈技術和產業創新發展。

第二，關于生命與健康領域的重要進展和趨勢。

一是基因組學、腦科學成為生命科學領域最受關注的前沿熱點。基因編輯技術已廣泛應用于生命科學研究和臨床研究。腦科學被看作是自然科學研究的“最后疆域”，目前科學家已經繪制出全新的人類大腦圖譜，還通過腦機接口實現了對智能機器、義肢等的直接控制，為發展新一代神經及精神疾病的診斷和治療技術方法奠定了堅實的基礎。

此外，人腦重大疾病診治也取得重要進展;類腦智能研究也是當前一個研究熱點。

二是生命科學研究新技術新方法加速走向臨床應用，推動醫學向“個性化精準診治”和“關口前移的健康醫學”新階段發展。細胞免疫療法被認為是最有前景的腫瘤治療方式之一 。干細胞和再生醫學為有效治療心血管疾病、神經退行性疾病、嚴重燒傷、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、手術治療后的第三種疾病治療途徑，引發新一輪醫學革命。

三是合成生物學、人造光合作用、分子模塊育種等新技術、新方法不斷涌現，推動生物經濟蓬勃發展。合成生物學方面，目前科學家已經能夠設計多種基因控制模塊，組裝具有更復雜功能的生物系統，甚至創建出“新物種”。

人造光合作用也發展迅速，科學家已經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，能夠克服傳統育種周期長、偶然性大和育種效率低等缺點，實現量身定制、精確育種。

第三，關于基礎研究的重要進展和趨勢。

21世紀以來，各主要學科領域在理論體系、重大問題等方面取得了一系列重大進展，呈現出持續加速的態勢。

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取得重大進展，有望在重大理論、重大問題上取得革命性突破，使人類對宇宙的認識實現新的飛躍。目前，對暗物質和暗能量的研究成為物理學最重要的前沿方向，這也是認識宇宙起源和演化最關鍵的一步，被稱為是21世紀物理學的兩朵新“烏云”。世界科技大國都在積極支持這方面的研究。2015年，我院成功發射了“悟空號”暗物質粒子探測衛星，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鏡。今年4月10日，全球六地同步直播發布了首張黑洞照片，這是人類首次看到距離地球5500萬光年、質量為太陽65億倍的超大質量星系中心黑洞的“面貌”。

引力波為我們進一步認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裝置也在加速發展。

二是超微觀方面的研究不斷深入，微觀物質結構研究開始從“觀測時代”走向“調控時代”，將為能源、材料、信息等產業發展提供新的理論基礎和技術手段。在量子調控方面，鐵基高溫超導、多光子糾纏、量子反常霍爾效應、“天使粒子”馬約拉那費米子等一批關鍵性突破，為物質科學的發展展現出更廣闊的前景。量子通信和量子計算也成為當前的研究熱點。

最后，其他各學科領域也都呈現出群發性的突破態勢。在能源領域，全球新一輪能源革命正在興起，在可再生能源、第四代核能、大規模儲能以及動力電池、智慧電網等方面，都取得了一批突破性進展，推動能源技術加速向綠色、低碳、安全、高效的方向轉型。

新材料領域正在向個性化、復合化和多功能化的方向發展，石墨烯、柔性顯示材料、仿生材料、超導材料、智能材料等層出不窮。

在先進制造領域，以智能感知、智能控制、自動化柔性化生產為特征的智能工廠大量涌現，3D、4D打印技術快速發展，個性化訂制、柔性化生產、制造業服務化等，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，實現了空天海信息透徹感知、數據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，民營資本大量進入航天領域，在全球范圍內掀起新一輪空間探索熱潮;海洋領域的關注重點從近海走向深海大洋，更加重視海洋資源的保護和開發利用;地球深部探測不斷發展，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。