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全國(guó)人大常委會(huì)專(zhuān)題講座講稿全文 | 世界科技前沿發(fā)展態(tài)勢(shì)

點(diǎn)擊：  作者：白春禮    來(lái)源：微信公眾號(hào)“整版”  發(fā)布時(shí)間:2021-01-17 10:46:06

 

【編者按】：2020年12月26日下午，十三屆全國(guó)人大常委會(huì)第二十四次會(huì)議在人民大會(huì)堂閉幕。閉幕會(huì)后，栗戰(zhàn)書(shū)委員長(zhǎng)主持舉行了十三屆全國(guó)人大常委會(huì)第二十一講專(zhuān)題講座。中國(guó)科學(xué)院院士、中國(guó)科學(xué)院原院長(zhǎng)、全國(guó)人大民族委員會(huì)主任委員白春禮作了題為《世界科技前沿發(fā)展態(tài)勢(shì)》的講座。

 

十三屆全國(guó)人大常委會(huì)

專(zhuān)題講座第二十一講(2020.12.26)

 

 

 

世界科技前沿發(fā)展態(tài)勢(shì)

 

白春禮

（中國(guó)科學(xué)院院士、中國(guó)科學(xué)院原院長(zhǎng)）

 

近代科學(xué)誕生以來(lái)，已經(jīng)發(fā)生了5次科技革命，對(duì)人類(lèi)社會(huì)的發(fā)展進(jìn)程產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的、革命性的影響，從根本上改變了全球政治經(jīng)濟(jì)格局。當(dāng)前，面對(duì)百年未有之大變局，科技創(chuàng)新已成為影響和改變世界經(jīng)濟(jì)版圖的關(guān)鍵變量。在新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革的重大歷史機(jī)遇期，誰(shuí)抓住了這一戰(zhàn)略機(jī)遇，就能站在世界發(fā)展的潮頭，將發(fā)展主動(dòng)權(quán)掌握在自己手里。

 

習(xí)近平總書(shū)記在今年9月11日的科學(xué)家座談會(huì)上要求我們，“不斷向科學(xué)技術(shù)廣度和深度進(jìn)軍”。科學(xué)技術(shù)的廣度和深度，深刻揭示了世界科技前沿不斷向宏觀(guān)拓展、向微觀(guān)深入的趨勢(shì)和特征。愛(ài)因斯坦也曾預(yù)言：“未來(lái)科學(xué)的發(fā)展，無(wú)非是繼續(xù)向宏觀(guān)世界和微觀(guān)世界進(jìn)軍。”

 

宏觀(guān)世界大至天體運(yùn)行、星系演化、宇宙起源，微觀(guān)世界小至基因編輯、粒子結(jié)構(gòu)、量子調(diào)控，都是當(dāng)前世界科技發(fā)展的最前沿，而宏觀(guān)和微觀(guān)世界的科學(xué)研究成果，又會(huì)深刻影響和有力推動(dòng)事關(guān)人類(lèi)生存與發(fā)展的科技進(jìn)步。

 

我的報(bào)告重點(diǎn)從宏觀(guān)、微觀(guān)、中觀(guān)三個(gè)層面，介紹當(dāng)前最新科技前沿和發(fā)展態(tài)勢(shì)。

 

一、向宏觀(guān)拓展：追尋宇宙起源演化的腳步

 

探究宇宙的本質(zhì)，既是一個(gè)古老的話(huà)題，又是當(dāng)代科技的重要前沿。早在2000多年前，偉大詩(shī)人屈原就曾在《天問(wèn)》中對(duì)宇宙發(fā)出疑問(wèn)：“天何所沓？十二焉分？日月安屬？列星安陳？”直到文藝復(fù)興時(shí)期發(fā)明了望遠(yuǎn)鏡，人類(lèi)才逐步打開(kāi)了科學(xué)認(rèn)識(shí)、深入研究宇宙的大門(mén)。射電望遠(yuǎn)鏡的出現(xiàn)，讓人類(lèi)觀(guān)測(cè)宇宙的尺度拓展到150億光年左右的時(shí)空區(qū)域。隨著觀(guān)測(cè)手段日益豐富和技術(shù)不斷提高，對(duì)宇宙的研究也從定性描述發(fā)展到了精確時(shí)代，可以對(duì)宇宙物質(zhì)組分的演化分布進(jìn)行更精確的計(jì)算和分析。

 

當(dāng)前，宏觀(guān)宇宙學(xué)的研究焦點(diǎn)主要是“兩暗一黑三起源”，其中“兩暗”是指暗物質(zhì)、暗能量；“一黑”是指黑洞；“三起源”是指宇宙起源、天體起源和宇宙生命起源。這些方面一旦取得重大突破，就將使人類(lèi)對(duì)宇宙的認(rèn)識(shí)實(shí)現(xiàn)重大飛躍，可能引發(fā)新的物理學(xué)革命。

 

（一）暗物質(zhì)暗能量研究成為各國(guó)關(guān)注焦點(diǎn)

 

20世紀(jì)20年代，美國(guó)科學(xué)家哈勃發(fā)現(xiàn)了紅移現(xiàn)象，說(shuō)明宇宙正在膨脹。之后，又進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)宇宙在加速膨脹。引起宇宙加速膨脹的主要原因，主流觀(guān)點(diǎn)認(rèn)為，在宇宙可觀(guān)測(cè)到的物質(zhì)之外，還存在暗物質(zhì)、暗能量。宇宙中可見(jiàn)物質(zhì)僅占4.9%，而暗物質(zhì)占到26.8%，暗能量占到68.3%。暗物質(zhì)不發(fā)光，不發(fā)出電磁波，從來(lái)沒(méi)有被直接“看”到過(guò)。暗物質(zhì)和暗能量，被稱(chēng)為是21世紀(jì)物理學(xué)的兩朵新“烏云”，成為當(dāng)前研究的熱點(diǎn)，世界科技大國(guó)都在積極布局開(kāi)展這方面的研究和探測(cè)。

 

探測(cè)暗物質(zhì)的方式主要分為三類(lèi)：一是對(duì)撞機(jī)探測(cè)，如歐洲核子中心的大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)；二是在地下進(jìn)行的直接探測(cè)，如我國(guó)在四川錦屏山地下實(shí)驗(yàn)室中正在開(kāi)展的相關(guān)實(shí)驗(yàn)；三是間接探測(cè)，主要在外層空間進(jìn)行，通過(guò)收集和分析高能宇宙射線(xiàn)粒子和伽馬射線(xiàn)光子尋找暗物質(zhì)存在的證據(jù)。2008年美國(guó)發(fā)射了費(fèi)米太空望遠(yuǎn)鏡，探測(cè)暗物質(zhì)就是其重要任務(wù)之一。2011年，美國(guó)奮進(jìn)號(hào)航天飛機(jī)最后一次飛行任務(wù)，專(zhuān)門(mén)為國(guó)際空間站運(yùn)送阿爾法磁譜儀，主要任務(wù)也是探測(cè)暗物質(zhì)、反物質(zhì)和宇宙射線(xiàn)。

 

2015年，中科院成功研制發(fā)射了“悟空號(hào)”暗物質(zhì)粒子探測(cè)衛(wèi)星，搭載了目前國(guó)際上最高分辨、最低本底的空間高能粒子望遠(yuǎn)鏡，比阿爾法磁譜儀和費(fèi)米太空望遠(yuǎn)鏡觀(guān)測(cè)能量上限高10倍。目前悟空號(hào)已經(jīng)服役5年，獲得了國(guó)際上精度最高的電子宇宙射線(xiàn)探測(cè)結(jié)果，發(fā)現(xiàn)能譜上存在一處新的結(jié)構(gòu)可能與暗物質(zhì)有關(guān)，一旦被后續(xù)數(shù)據(jù)確認(rèn)，將是天體物理領(lǐng)域的突破性發(fā)現(xiàn)。今年，由中科院科研人員參與的國(guó)際上最大規(guī)模的星系巡天項(xiàng)目——深場(chǎng)重子聲波振蕩光譜巡天（eBOSS），成功測(cè)量了宇宙背景膨脹及結(jié)構(gòu)增長(zhǎng)率，這也是迄今為止依托星系巡天得到的最強(qiáng)暗能量觀(guān)測(cè)證據(jù)。

 

（二）黑洞研究打開(kāi)宇宙和天體起源的新視野

 

黑洞是密度極大體積極小的天體，具有強(qiáng)大的引力，連光都無(wú)法逃脫。1964年，人類(lèi)用觀(guān)測(cè)方法發(fā)現(xiàn)了第一顆恒星級(jí)黑洞（注釋?zhuān)保?/span>。之后，科學(xué)家又陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了更多的黑洞。2015年，由中國(guó)科學(xué)家領(lǐng)銜的國(guó)際研究小組宣布，發(fā)現(xiàn)了一個(gè)距地球128億光年、質(zhì)量為太陽(yáng)120億倍的超大質(zhì)量黑洞，這是已知最大質(zhì)量的黑洞。

 

2019年4月，分布在全球8個(gè)不同地區(qū)的射電望遠(yuǎn)鏡組成的觀(guān)測(cè)陣列網(wǎng)絡(luò)，經(jīng)過(guò)近2年觀(guān)測(cè)和后期海量數(shù)據(jù)分析處理，全球六地同步直播發(fā)布了距離地球5500萬(wàn)光年、質(zhì)量為太陽(yáng)65億倍黑洞的照片，這是人類(lèi)首次看到黑洞的“面貌”，引起社會(huì)廣泛關(guān)注，我國(guó)天文學(xué)家也參與這項(xiàng)研究和觀(guān)測(cè)工作。

 

2019年11月，中科院國(guó)家天文臺(tái)研究團(tuán)隊(duì)依托我國(guó)自主研制的郭守敬望遠(yuǎn)鏡（LAMOST），發(fā)現(xiàn)了一個(gè)迄今為止質(zhì)量最大的恒星級(jí)黑洞，并提供了一種利用LAMOST巡天優(yōu)勢(shì)尋找黑洞的新方法。

 

對(duì)黑洞的形成、性質(zhì)、結(jié)構(gòu)及其演化規(guī)律進(jìn)行研究，對(duì)于更深入認(rèn)識(shí)宇宙的演化具有重要的意義。國(guó)際上很多重要的天文設(shè)施，如美國(guó)激光干涉引力波天文臺(tái)（LIGO）、意大利“室女座”（Virgo）引力波天文臺(tái)等，都把探測(cè)研究黑洞作為一項(xiàng)重要任務(wù)。今年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)就頒發(fā)給了關(guān)于黑洞的一項(xiàng)研究工作，讓人們的目光又一次聚焦黑洞研究。

 

目前，中國(guó)科學(xué)院計(jì)劃在2021年前后發(fā)射具有高靈敏度加大視場(chǎng)特性的“愛(ài)因斯坦探針”衛(wèi)星，核心科學(xué)目標(biāo)就是探索黑洞等致密天體及沉睡中的黑洞。此外，我國(guó)還將實(shí)施“黑洞探針”“天體號(hào)脈”等探測(cè)計(jì)劃，將有力推動(dòng)我國(guó)在黑洞研究方面取得一批重大原創(chuàng)成果。

 

（三）引力波開(kāi)辟了探究宇宙起源的新途徑

 

探索宇宙演化和宇宙結(jié)構(gòu)起源的過(guò)程是一項(xiàng)長(zhǎng)期性、基礎(chǔ)性任務(wù)。長(zhǎng)久以來(lái)，科學(xué)家試圖通過(guò)高能粒子、宇宙射線(xiàn)等多種方式探究宇宙的起源和演化。

 

早在1916年，愛(ài)因斯坦就基于廣義相對(duì)論預(yù)言了引力波的存在，但直到2015年，美國(guó)激光干涉儀（LIGO）才探測(cè)到引力波信號(hào)，標(biāo)志著引力波天文時(shí)代的開(kāi)啟，為研究宇宙起源與演化開(kāi)辟了新的途徑。LIGO項(xiàng)目和發(fā)現(xiàn)引力波成果獲得了2017年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)，并在全球興起了引力波探測(cè)熱潮，如歐盟實(shí)施了歐洲空間引力波計(jì)劃（eLISA），美國(guó)推出“后愛(ài)因斯坦計(jì)劃”（BBO計(jì)劃），日本啟動(dòng)實(shí)施DECIGO計(jì)劃等。今年9月發(fā)現(xiàn)的首個(gè)中等質(zhì)量黑洞，就是借助引力波探測(cè)取得的最新成果。

 

習(xí)近平總書(shū)記對(duì)引力波的研究十分關(guān)注，曾作出重要批示。我國(guó)近年來(lái)先后啟動(dòng)了“太極計(jì)劃”“天琴計(jì)劃”，目前正在建設(shè)的阿里原初引力波觀(guān)測(cè)站，主要也是用于探測(cè)原初引力波，預(yù)計(jì)將于2021年給出北天最精確的宇宙微波背景輻射極化天圖。

 

（四）深空探測(cè)成為科技競(jìng)爭(zhēng)的制高點(diǎn)

 

各航天大國(guó)積極開(kāi)展載人航天、月球與深空探測(cè)等重大航天工程，在全球范圍內(nèi)掀起新一輪空間探索熱潮。比如，美國(guó)的“勇氣號(hào)”登陸火星，朱諾探測(cè)器抵達(dá)木星，“旅行者1號(hào)”飛出太陽(yáng)系，歐洲空間局的“菲萊”著陸器登上彗星。日本的隼鳥(niǎo)一號(hào)探測(cè)器完成人類(lèi)首次將小行星樣本帶回地球；隼鳥(niǎo)二號(hào)在“龍宮”小行星上投放了著陸器，并把采集的密封在返回艙中的首個(gè)來(lái)自小行星的地下物質(zhì)樣本拋到澳大利亞南部沙漠地帶的伍麥拉火箭試驗(yàn)場(chǎng)。在今年，阿聯(lián)酋“希望號(hào)”、中國(guó)的“天問(wèn)一號(hào)”、美國(guó)“毅力號(hào)”先后奔赴火星開(kāi)展探測(cè)。我國(guó)的嫦娥探月工程也取得一系列重要進(jìn)展，去年，“嫦娥四號(hào)”成為世界首個(gè)在月球背面軟著陸和巡視探測(cè)的航天器，最近剛剛發(fā)射的“嫦娥五號(hào)”，是人類(lèi)時(shí)隔44年再一次采集月球樣品并帶回地球。

 

圍繞深空探測(cè)和研究，一批大科學(xué)裝置發(fā)揮了重要作用。2019年，美國(guó)的哈勃太空望遠(yuǎn)鏡公布了最新的宇宙照片“哈勃遺產(chǎn)場(chǎng)”（HLF），這是迄今為止最完整、最全面的宇宙圖譜，記錄了從宇宙大爆炸后5億年到當(dāng)代宇宙不同時(shí)期約265000個(gè)星系，其中有些已至少133億歲“高齡”，展現(xiàn)了一部壯麗的宇宙星系演化史。

 

2016年，由中科院建設(shè)運(yùn)行的500米口徑球面射電望遠(yuǎn)鏡（FAST）——“中國(guó)天眼”正式啟用。這是目前世界上最大單口徑、最靈敏的射電望遠(yuǎn)鏡，接收面積達(dá)到25萬(wàn)平方米（相當(dāng)于30個(gè)足球場(chǎng)），靈敏度是第二名的單口徑射電望遠(yuǎn)鏡的2.5倍，將在未來(lái)10年內(nèi)保持世界領(lǐng)先地位。目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了超過(guò)240顆脈沖星，近期在快速射電暴的研究中取得了重要成果。

 

一批性能更為先進(jìn)的大科學(xué)裝置正在加快建設(shè)。如，多國(guó)正在共同建設(shè)平方公里陣列射電望遠(yuǎn)鏡（SKA），由位于澳大利亞西部的低頻陣列和位于南非的中頻陣列兩部分組成，接收面積約1平方公里，這是人類(lèi)有史以來(lái)建造的最大的天文裝置。預(yù)計(jì)2030年前后投入使用，將開(kāi)辟人類(lèi)認(rèn)識(shí)宇宙的新紀(jì)元。我國(guó)也是SKA的創(chuàng)始成員國(guó)之一，積極參與承擔(dān)了反射面天線(xiàn)、低頻孔徑陣列、信號(hào)與數(shù)據(jù)傳輸、科學(xué)數(shù)據(jù)處理、中頻孔徑陣列等建設(shè)和研究工作。

 

二、向微觀(guān)深入：探究物質(zhì)世界和生命的終極奧秘

 

從微觀(guān)結(jié)構(gòu)探究物質(zhì)世界和生命的本質(zhì)及運(yùn)行活動(dòng)規(guī)律，是世界科技前沿的另一個(gè)發(fā)展方向。從17世紀(jì)開(kāi)始，隨著顯微鏡、光譜分析、X射線(xiàn)、加速器、核磁共振等儀器和方法的出現(xiàn)，讓科學(xué)家可以探索和解釋越來(lái)越深層的物質(zhì)結(jié)構(gòu)和物理規(guī)律。原子內(nèi)部的電子、質(zhì)子、中子以及多種基本粒子相繼被發(fā)現(xiàn)。量子力學(xué)的發(fā)展讓科學(xué)家可以對(duì)基本粒子作出精確的描述。在生命科學(xué)方面，1953年，沃森和克里克發(fā)現(xiàn)了DNA雙螺旋的結(jié)構(gòu)，開(kāi)啟了分子生物學(xué)時(shí)代，對(duì)生命體的研究也進(jìn)入到分子層次。

 

（一）對(duì)微觀(guān)粒子及其新物態(tài)的研究不斷深入

 

在粒子物理學(xué)里，標(biāo)準(zhǔn)模型描述了強(qiáng)力、弱力及電磁力這三種基本力，及組成所有物質(zhì)的基本粒子，而且能夠?qū)?shí)驗(yàn)進(jìn)行精確預(yù)言，并接受實(shí)驗(yàn)的精確檢驗(yàn)。2013年，科學(xué)家依靠大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)（LHC）發(fā)現(xiàn)了希格斯粒子，完成了標(biāo)準(zhǔn)粒子模型確認(rèn)工作的最后一環(huán)，由此，標(biāo)準(zhǔn)粒子模型預(yù)言的61種基本粒子已經(jīng)全部被發(fā)現(xiàn)。

 

粒子標(biāo)準(zhǔn)模型取得了巨大成功，是人類(lèi)認(rèn)識(shí)微觀(guān)世界的一個(gè)重要里程碑，多次諾貝爾物理獎(jiǎng)授予了標(biāo)準(zhǔn)模型的相關(guān)研究，也推動(dòng)了天體物理、宇宙學(xué)和核物理等學(xué)科的重大發(fā)展，誕生了新的交叉學(xué)科如粒子宇宙學(xué)、高能天體物理學(xué)等。

 

中科院科學(xué)家利用大亞灣中微子實(shí)驗(yàn)裝置，發(fā)現(xiàn)了一種新的中微子振蕩模式，被認(rèn)為是該領(lǐng)域最重要的突破之一。該項(xiàng)成果獲得了國(guó)家自然科學(xué)一等獎(jiǎng)，以及國(guó)際“基礎(chǔ)物理學(xué)突破獎(jiǎng)”。近日，中科院微尺度國(guó)家研究中心發(fā)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)模型以外的一種全新的自旋-物質(zhì)相互作用方式，這是一種與現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)模型框架下已知的相互作用都不相同的相互作用形式，可以說(shuō)是標(biāo)準(zhǔn)模型之外的全新物理，為研究暗物質(zhì)打開(kāi)了一個(gè)全新的窗口。

 

（二）量子調(diào)控成為當(dāng)前物質(zhì)科學(xué)與信息技術(shù)的重要前沿

 

理論和實(shí)驗(yàn)手段的進(jìn)步，已經(jīng)可以讓科學(xué)家能夠觀(guān)察和定位單個(gè)原子，且在低溫下可以利用探針尖端精確操縱原子。微觀(guān)物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究開(kāi)始從“觀(guān)測(cè)時(shí)代”走向“調(diào)控時(shí)代”，也為能源、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。2012年，諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)就授予了測(cè)量和操縱單個(gè)量子系統(tǒng)的突破性試驗(yàn)方法。

 

我國(guó)在這一領(lǐng)域具有很強(qiáng)的理論和技術(shù)儲(chǔ)備，取得了一批重大研究成果。比如，鐵基高溫超導(dǎo)、多光子糾纏、量子反常霍爾效應(yīng)等，這3項(xiàng)成果都獲得了國(guó)家自然科學(xué)一等獎(jiǎng)。此外，我國(guó)科學(xué)家在拓?fù)浣^緣體、外爾費(fèi)米子、馬約拉納束縛態(tài)等方面，也取得了具有世界影響的重大成果。

 

作為量子調(diào)控領(lǐng)域最重要的應(yīng)用方向，量子通信和量子計(jì)算是當(dāng)前的研究熱點(diǎn)，國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)非常激烈。2018年，歐盟啟動(dòng)了“量子科技旗艦項(xiàng)目計(jì)劃”，美國(guó)正式頒布了“國(guó)家量子計(jì)劃法”，日本也發(fā)布了“量子飛躍旗艦計(jì)劃”。美國(guó)白宮又于今年2月發(fā)布了《美國(guó)量子網(wǎng)絡(luò)戰(zhàn)略構(gòu)想》、10月發(fā)布了《國(guó)家量子信息科學(xué)戰(zhàn)略投入的量子前沿報(bào)告》。

 

我國(guó)目前在量子密鑰通信方面處于世界前沿地位。2016年，中科院成功發(fā)射了世界首顆量子通信科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星“墨子號(hào)”，在國(guó)際上首次實(shí)現(xiàn)千公里級(jí)星地雙向量子密鑰傳送和量子隱形傳態(tài)，并成功實(shí)現(xiàn)洲際量子密鑰保密通信，為構(gòu)建覆蓋全球的量子密鑰保密通信網(wǎng)絡(luò)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。中科院牽頭建設(shè)的“京滬干線(xiàn)”量子密鑰通信骨干網(wǎng)，已于2017年正式開(kāi)通，這是世界上第一條量子密鑰通信保密干線(xiàn)，標(biāo)志著我國(guó)已構(gòu)建出全球首個(gè)天地一體化廣域量子密鑰通信網(wǎng)絡(luò)雛形。

 

量子計(jì)算也是各國(guó)高度關(guān)注的戰(zhàn)略制高點(diǎn)。一臺(tái)操縱50個(gè)微觀(guān)粒子的量子計(jì)算機(jī)，對(duì)特定問(wèn)題的處理能力可超過(guò)目前運(yùn)行能力最強(qiáng)的超級(jí)計(jì)算機(jī)，相比經(jīng)典計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)指數(shù)級(jí)別的加速，具有重大社會(huì)和經(jīng)濟(jì)價(jià)值，如密碼破譯、大數(shù)據(jù)優(yōu)化、材料設(shè)計(jì)、藥物分析等。

 

2017年，中國(guó)科大的研究團(tuán)隊(duì)構(gòu)建了世界首臺(tái)超越早期經(jīng)典計(jì)算機(jī)（ENIAC）的光量子計(jì)算原型機(jī)。2019年，谷歌宣布開(kāi)發(fā)出了54量子比特的超導(dǎo)量子芯片，對(duì)一個(gè)電路采樣一百萬(wàn)次只需200秒，而當(dāng)時(shí)運(yùn)算能力最強(qiáng)的經(jīng)典計(jì)算機(jī)Summit需要一萬(wàn)年，率先實(shí)現(xiàn)了“量子優(yōu)越性”（指當(dāng)可以精確操縱的量子比特超過(guò)一定數(shù)目時(shí)，量子計(jì)算機(jī)在特定任務(wù)上的計(jì)算能力就能遠(yuǎn)超經(jīng)典計(jì)算機(jī)）。剛剛發(fā)布的消息，中國(guó)科大與中科院上海微系統(tǒng)所、國(guó)家并行計(jì)算機(jī)工程技術(shù)研究中心等合作，構(gòu)建了76個(gè)光子的量子計(jì)算原型機(jī)“九章”，實(shí)現(xiàn)了具有實(shí)用前景的“高斯玻色取樣”任務(wù)的快速求解，比目前最快的超級(jí)計(jì)算機(jī)快一百萬(wàn)億倍。目前，谷歌、微軟、IBM等跨國(guó)企業(yè)都在這方面投入巨資，可以預(yù)見(jiàn)未來(lái)圍繞量子計(jì)算機(jī)的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)將更加激烈。

 

（三）對(duì)生物大分子和基因的研究進(jìn)入精準(zhǔn)調(diào)控階段

 

隨著對(duì)基因、細(xì)胞、組織等的多尺度研究不斷深入，以及基因測(cè)序、基因編輯、冷凍電鏡等新技術(shù)的進(jìn)步，大大提升了生物大分子結(jié)構(gòu)研究的效率，生命科學(xué)領(lǐng)域研究正在從“定性觀(guān)察描述”向“定量檢測(cè)解析”發(fā)展，并逐步走向“預(yù)測(cè)編程”和“調(diào)控再造”。分子生物學(xué)、基因組學(xué)、合成生物學(xué)等領(lǐng)域成果不斷涌現(xiàn)，全面提升了人類(lèi)對(duì)生命的認(rèn)知、調(diào)控和改造能力。

 

基因組學(xué)是生命科學(xué)最前沿、影響最廣的領(lǐng)域之一。人體細(xì)胞DNA分子大約有10萬(wàn)個(gè)基因，由這些基因控制10萬(wàn)種人體蛋白質(zhì)的合成。基因工程就是要尋找目的基因，通過(guò)對(duì)其進(jìn)行剪切、剔除、連接、重組等操作，實(shí)現(xiàn)對(duì)生命體的調(diào)控。近年來(lái)，基因測(cè)序成本以超過(guò)信息領(lǐng)域摩爾定律的速度下降，2003年全球完成人類(lèi)基因組測(cè)序花了13年、耗資30億美元，目前只要幾百美元、數(shù)小時(shí)就可完成，這對(duì)基因組研究、疾病研究、藥物研發(fā)、生物育種等具有巨大的推動(dòng)作用。

 

基因編輯技術(shù)有人將其比喻為“上帝的手術(shù)刀”，就是對(duì)DNA序列進(jìn)行精準(zhǔn)的“修剪、切斷、替換或添加”。自上世紀(jì)80年代出現(xiàn)以來(lái)，基因編輯技術(shù)不斷改進(jìn)和發(fā)展，今年獲得諾貝爾獎(jiǎng)化學(xué)獎(jiǎng)的CRISPR/Cas9技術(shù)，已成為基因編輯最有效、最便捷的工具，廣泛應(yīng)用于生命科學(xué)研究和臨床研究。

 

合成生物學(xué)被譽(yù)為是繼DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)和人類(lèi)基因組測(cè)序之后的“第三次生物學(xué)革命”，也被認(rèn)為是改變世界的顛覆性技術(shù)。目前，科學(xué)家已經(jīng)能夠設(shè)計(jì)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”。比如，利用合成生物學(xué)技術(shù)，可以培養(yǎng)出用于診斷早期癌癥與糖尿病的細(xì)菌，合成出抗瘧藥物青蒿素、抗生素林可霉素等藥物，更簡(jiǎn)單高效地生產(chǎn)生物燃料，很有可能引發(fā)相關(guān)領(lǐng)域的產(chǎn)業(yè)革命。

 

近期，谷歌DeepMind的AlphaFold算法在國(guó)際蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)競(jìng)賽（CASP）上擊敗了所有的參賽選手，在原子水平上精確地基于氨基酸序列預(yù)測(cè)了蛋白質(zhì)的3D結(jié)構(gòu)，解決了困擾生物圈50年之久的“蛋白質(zhì)折疊問(wèn)題”。傳統(tǒng)上基于X射線(xiàn)晶體學(xué)、核磁共振、冷凍電鏡等實(shí)驗(yàn)技術(shù)解析蛋白質(zhì)3D結(jié)構(gòu)需要花費(fèi)數(shù)年時(shí)間，而AlphaFold僅需數(shù)天時(shí)間。這一成果被Nature評(píng)價(jià)為“可能改變一切”，對(duì)更好地理解人類(lèi)生命形成機(jī)制、加快藥物發(fā)現(xiàn)速度、重大疾病治療等具有非常重要的意義。

 

三、科學(xué)技術(shù)廣泛應(yīng)用和深刻影響到各個(gè)方面：推動(dòng)經(jīng)濟(jì)繁榮、造福人類(lèi)

 

科技創(chuàng)新作為引領(lǐng)發(fā)展的第一動(dòng)力，已呈現(xiàn)出多點(diǎn)群發(fā)突破態(tài)勢(shì)，推動(dòng)人類(lèi)活動(dòng)范圍不斷擴(kuò)展，信息傳遞和交換能力實(shí)現(xiàn)質(zhì)的躍升，生命健康水平持續(xù)提升，都達(dá)到了前所未有的高度。深刻改變?nèi)祟?lèi)的工作方式、生活方式。

 

（一）信息科技成為經(jīng)濟(jì)、社會(huì)與生活發(fā)生深刻變革的主導(dǎo)力量

 

信息技術(shù)的飛速發(fā)展打破了空間限制，人與人、人與物的聯(lián)系日趨緊密，我們正在進(jìn)入一個(gè)“人—機(jī)—物”三元融合的萬(wàn)物互聯(lián)時(shí)代。最近幾年，物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、人工智能、區(qū)塊鏈等飛速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，引起了經(jīng)濟(jì)社會(huì)各個(gè)方面的深刻變革。而且，信息技術(shù)的發(fā)展速度還在加快，新的技術(shù)、顛覆性技術(shù)還在持續(xù)不斷地涌現(xiàn)，持續(xù)推動(dòng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)加速向數(shù)字化轉(zhuǎn)型。

 

一方面，以芯片和元器件、計(jì)算能力、通信技術(shù)為核心的新一代信息技術(shù)正處在一個(gè)重要突破關(guān)口。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(lái)越快、存儲(chǔ)能力越來(lái)越強(qiáng)、能耗越來(lái)越低。目前已大規(guī)模應(yīng)用的7納米手機(jī)芯片，集成了69億個(gè)晶體管；而5納米手機(jī)芯片可以集成300億個(gè)晶體管，去年已經(jīng)開(kāi)始試產(chǎn)；3納米的芯片也正在研發(fā)。圖形處理器、現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)芯片等也在加速發(fā)展。

 

另一方面，“互聯(lián)網(wǎng)+”“智能+”使經(jīng)濟(jì)活動(dòng)更加靈活、智慧，不斷催生出新業(yè)態(tài)、新模式，深刻改變?nèi)藗兩睢⒐ぷ鳌W(xué)習(xí)和思維方式。從無(wú)人駕駛到智慧交通，從直播帶貨到智慧物流，從5G通訊到數(shù)字貨幣，從網(wǎng)絡(luò)扶貧到數(shù)字鄉(xiāng)村，數(shù)字經(jīng)濟(jì)加速發(fā)展，為經(jīng)濟(jì)發(fā)展打開(kāi)新的空間，為產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)提供新的動(dòng)力。各種智能終端、可穿戴設(shè)備不斷推陳出新，遠(yuǎn)程辦公、遠(yuǎn)程教育、遠(yuǎn)程醫(yī)療、無(wú)人酒店、無(wú)人超市、無(wú)人餐廳等飛速發(fā)展，推動(dòng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)全方位數(shù)字化轉(zhuǎn)型。據(jù)統(tǒng)計(jì)，數(shù)字經(jīng)濟(jì)在發(fā)達(dá)國(guó)家經(jīng)濟(jì)中占到60%以上，中國(guó)目前占36.2%，對(duì)GDP增長(zhǎng)的貢獻(xiàn)率達(dá)到67.7%。

 

以5G為例，其數(shù)據(jù)速率是4G的百倍以上，下載一部高清電影只需幾秒鐘；且數(shù)據(jù)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(wàn)臺(tái)設(shè)備，大約是4G的幾十到上百倍。由于這些明顯的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，5G可以隨時(shí)隨地實(shí)現(xiàn)萬(wàn)物互聯(lián)，成為數(shù)字經(jīng)濟(jì)乃至數(shù)字社會(huì)的“神經(jīng)系統(tǒng)”，并帶來(lái)一系列產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新和巨大經(jīng)濟(jì)及戰(zhàn)略利益。我國(guó)的華為、中興等企業(yè)，在5G方面已擺脫了4G之前的跟跑狀態(tài)，目前在全球競(jìng)爭(zhēng)中具有一定優(yōu)勢(shì)。

 

（二）能源、材料、先進(jìn)制造等領(lǐng)域技術(shù)加速進(jìn)步

 

全球新一輪能源革命正在興起，在化石能源清潔高效利用、可再生能源、第四代核能、大規(guī)模儲(chǔ)能以及動(dòng)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(dòng)能源技術(shù)加速向綠色、低碳、安全、高效、智慧的方向轉(zhuǎn)型。比如，與直接燃燒相比，如果將煤炭轉(zhuǎn)化成油品，不僅會(huì)減少對(duì)環(huán)境的污染，還能大幅度提高煤炭的附加值。2018年，以中科院技術(shù)為核心，全球單套規(guī)模最大的煤炭液化裝置、年產(chǎn)400萬(wàn)噸煤制油工程成功投產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)煤炭資源清潔高效轉(zhuǎn)化，拓寬我國(guó)油品供給渠道，保障能源供應(yīng)安全，習(xí)近平總書(shū)記專(zhuān)門(mén)致信祝賀。

 

新材料領(lǐng)域正在向個(gè)性化、綠色化、復(fù)合化和多功能化的方向發(fā)展，金屬、陶瓷、高分子和復(fù)合材料快速進(jìn)步；石墨烯、柔性顯示材料、仿生材料、超導(dǎo)材料、智能材料、拓?fù)洳牧系葘映霾桓F。材料強(qiáng)度與韌性不斷強(qiáng)化，抗疲勞、耐高溫、耐高壓、耐腐蝕等性能進(jìn)一步提高，為制造業(yè)發(fā)展和極端環(huán)境作業(yè)提供了更加可靠的保證。比如，應(yīng)對(duì)航天器與大氣層的高速摩擦產(chǎn)生的高溫，以及在太空中高真空、極高和極低溫度、各種高能帶電粒子等極端環(huán)境作業(yè)，對(duì)材料提出很高的要求。再如深海探測(cè)領(lǐng)域，中科院金屬所為“奮斗者”號(hào)球形載人艙研發(fā)的高強(qiáng)度、高韌性新型鈦合金——Ti62A，在搭載了3名潛航員的大尺寸下，還要承受超過(guò)110兆帕的壓力，相當(dāng)于2000頭非洲象踩在一個(gè)人的背上，難度可想而知。

 

在先進(jìn)制造領(lǐng)域，以智能感知、智能控制、自動(dòng)化柔性化生產(chǎn)為特征的智能工廠(chǎng)大量涌現(xiàn)，3D、4D打印技術(shù)快速發(fā)展，先進(jìn)機(jī)器人、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)廣泛應(yīng)用于制造業(yè)，個(gè)性化訂制、柔性化生產(chǎn)、制造業(yè)服務(wù)化等，成為新趨勢(shì)。比如，德國(guó)西門(mén)子安貝格電子工廠(chǎng)被稱(chēng)為全球最接近工業(yè)4.0的工廠(chǎng)，生產(chǎn)過(guò)程實(shí)現(xiàn)了從產(chǎn)品到制造全價(jià)值鏈的數(shù)字化，一條生產(chǎn)線(xiàn)一天可進(jìn)行350次切換，能生產(chǎn)1000多種不同的產(chǎn)品，且產(chǎn)品的合格率高達(dá)99.9989%。

 

（三）生命健康和醫(yī)療衛(wèi)生水平得到革命性飛躍

 

有人說(shuō)21世紀(jì)是生命科學(xué)的世紀(jì)。在Science創(chuàng)刊125周年公布的125個(gè)最具挑戰(zhàn)性的科學(xué)問(wèn)題中，46%屬于生命科學(xué)領(lǐng)域。精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)、癌癥治療、干細(xì)胞和再生醫(yī)學(xué)、腦科學(xué)研究等是目前的前沿?zé)狳c(diǎn)方向。

 

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(dòng)醫(yī)學(xué)走向“個(gè)性化精準(zhǔn)診治”和“關(guān)口前移的健康醫(yī)學(xué)”新發(fā)展階段。2015年，美國(guó)政府提出“精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)計(jì)劃”，目標(biāo)是“為每個(gè)人量身定制醫(yī)療保健”，在世界范圍內(nèi)掀起了精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)的熱潮。目前，精準(zhǔn)醫(yī)療在癌癥等重大疾病的預(yù)防和治療方面，取得了多項(xiàng)突破。美國(guó)《科學(xué)家雜志》評(píng)選的2018年10大科技進(jìn)展中，2項(xiàng)與精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)有關(guān)：一項(xiàng)是中科院的基于自組裝的DNA折紙技術(shù)，構(gòu)造出攜帶凝血酶的納米機(jī)器人系統(tǒng)，在遇到腫瘤特異蛋白時(shí)釋放出凝血酶，選擇性切斷血液供應(yīng)來(lái)“餓死”腫瘤；另一項(xiàng)是通過(guò)人工智能處理海量數(shù)據(jù)，可發(fā)現(xiàn)醫(yī)生無(wú)法診斷的疾病模式。

 

干細(xì)胞和再生醫(yī)學(xué)為有效治療心血管疾病、糖尿病、神經(jīng)退行性疾病、嚴(yán)重?zé)齻⒓顾钃p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。比如，中科院基于干細(xì)胞技術(shù)制備出引導(dǎo)脊髓組織損傷再生的生物材料，已開(kāi)展修復(fù)脊髓損傷的大動(dòng)物（狗）實(shí)驗(yàn)168例，顯示出良好的臨床前景，已經(jīng)開(kāi)始進(jìn)入臨床。2018年，中科院完成世界上首例臍帶間充質(zhì)干細(xì)胞復(fù)合膠原支架材料治療卵巢早衰臨床研究，成功讓一名卵巢功能衰竭的患者誕下健康嬰兒。去年，中國(guó)完成首例基因編輯干細(xì)胞治療艾滋病和白血病患者。

 

腦科學(xué)被看作是自然科學(xué)研究的“最后疆域”。主要科技大國(guó)都高度重視腦科學(xué)研究，美國(guó)、歐盟、日本等國(guó)相繼啟動(dòng)了腦科學(xué)研究計(jì)劃，發(fā)起成立了國(guó)際大腦聯(lián)盟；我國(guó)也將“腦科學(xué)”研究納入到“科技創(chuàng)新2030——重大項(xiàng)目”。目前，科學(xué)家已經(jīng)繪制出全新的人類(lèi)大腦圖譜，是腦科學(xué)、認(rèn)知科學(xué)、認(rèn)知心理學(xué)等相關(guān)學(xué)科取得突破的關(guān)鍵，為發(fā)展新一代神經(jīng)及精神疾病的診斷、治療技術(shù)方法奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。人腦重大疾病診治也取得重要進(jìn)展，對(duì)帕金森、阿爾茨海默癥、抑郁癥等重大疾病機(jī)理研究不斷深入，新的治療手段和藥物不斷涌現(xiàn)。中科院研發(fā)的抗阿爾茨海默癥新藥“九期一”，已于2019年底正式上市，填補(bǔ)了該領(lǐng)域全球17年無(wú)新藥上市的空白。

 

生命健康領(lǐng)域的技術(shù)進(jìn)步也極大提高了傳染病的預(yù)警、預(yù)防、診斷和治療水平。在此次抗擊新冠肺炎疫情中，我國(guó)科研人員快速分離鑒定出病毒毒株并與世界衛(wèi)生組織共享了病毒全基因組序列，為全球科學(xué)家開(kāi)展藥物、疫苗、診斷研究提供了重要基礎(chǔ)，為打贏疫情科技攻堅(jiān)戰(zhàn)作出了重要貢獻(xiàn)。

 

（四）深海深地探測(cè)為新的能源資源開(kāi)發(fā)利用開(kāi)辟了新途徑

 

在海洋研究與開(kāi)發(fā)方面，關(guān)注的重點(diǎn)已從近海走向深海大洋，更加重視海洋資源的保護(hù)和開(kāi)發(fā)利用。美國(guó)、法國(guó)、俄羅斯、日本已擁有6000米級(jí)深海載人潛水器；去年，美國(guó)的載人深潛器第二次突破10000米深度。我國(guó)的“蛟龍?zhí)?rdquo;載人潛器在2012年突破了7000米深度，中科院自主研制全海深自主遙控潛水器“海斗一號(hào)”，于今年5月9日至26日，在馬里亞納海溝成功完成4次萬(wàn)米下潛，連續(xù)下潛次數(shù)居世界前列，最大下潛深度10907米，使我國(guó)成為繼日、美之后第三個(gè)擁有萬(wàn)米級(jí)無(wú)人潛水器的國(guó)家。今年11月10號(hào)，中科院作為主要單位參與研制的中國(guó)首艘萬(wàn)米級(jí)載人潛水器“奮斗者號(hào)”下潛深度達(dá)到10909米，在馬里亞納海溝成功坐底，再一次刷新了中國(guó)載人深潛紀(jì)錄。

 

在地球探測(cè)方面，圍繞科學(xué)研究、資源開(kāi)發(fā)利用、防災(zāi)減災(zāi)等目標(biāo)，人類(lèi)活動(dòng)范圍不斷向地球深部拓展。人類(lèi)地下建筑的深度一般到百米量級(jí)，如世界上最深的地鐵（朝鮮平壤地鐵）建在地下200米左右，最深的海底隧道（日本的青函隧道）位于地底240米；核廢料的存儲(chǔ)深度一般在地下500-1000米的深度；我國(guó)在地下2400米建設(shè)的錦屏地下實(shí)驗(yàn)室，是目前世界上巖石覆蓋最深的地下實(shí)驗(yàn)室，用巖石屏蔽宇宙射線(xiàn)開(kāi)展暗物質(zhì)研究；世界上最深的金礦（南非姆波尼格金礦），深度達(dá)到4350米。再往深處走主要就是科學(xué)超深井鉆探項(xiàng)目，如美國(guó)聯(lián)合多國(guó)實(shí)施的大洋鉆探計(jì)劃，在各大洋完成過(guò)千個(gè)鉆孔，取芯深度最大超過(guò)9500米；2018年我國(guó)實(shí)施了全球首個(gè)鉆穿白堊系的科學(xué)鉆井，鉆探及取芯深度達(dá)到7018米；目前，世界上最深鉆井記錄還是前蘇聯(lián)在冷戰(zhàn)時(shí)期創(chuàng)造的科拉超深鉆孔，深度達(dá)12262米。總的來(lái)說(shuō)，人類(lèi)對(duì)我們賴(lài)以生存的地球了解還十分有限，直接探測(cè)深度還未突破地球最外層的地殼（平均厚度約17千米），探測(cè)的手段和能力還需不斷加強(qiáng)。

 

以上，我們從宏觀(guān)、微觀(guān)和中觀(guān)三個(gè)層面對(duì)科技創(chuàng)新前沿做了概括梳理。隨著科學(xué)技術(shù)的前沿不斷向深度和廣度進(jìn)軍，人類(lèi)對(duì)自然規(guī)律的認(rèn)識(shí)不斷向宏觀(guān)和微觀(guān)兩個(gè)極限拓展，對(duì)人類(lèi)自身和我們賴(lài)以生存發(fā)展環(huán)境的理解也在不斷深化，從而讓我們更好地認(rèn)識(shí)自然、理解自然、改造自然，推動(dòng)人類(lèi)社會(huì)和文明不斷向前邁進(jìn)。

 

四、把握機(jī)遇搶占先機(jī)，加快實(shí)現(xiàn)科技自立自強(qiáng)

 

黨的十八大以來(lái)，我國(guó)科技創(chuàng)新事業(yè)取得歷史性成就、發(fā)生歷史性變革，重大創(chuàng)新成果競(jìng)相涌現(xiàn)，一些前沿領(lǐng)域開(kāi)始進(jìn)入并跑、領(lǐng)跑階段，科技實(shí)力正在從量的積累邁向質(zhì)的飛躍，從點(diǎn)的突破邁向系統(tǒng)能力提升。

 

2019年，我國(guó)的研發(fā)經(jīng)費(fèi)支出達(dá)到2.21萬(wàn)億元，研發(fā)強(qiáng)度約為2.23%；研發(fā)人員全時(shí)當(dāng)量達(dá)到480萬(wàn)人年，在校大學(xué)生人數(shù)達(dá)4002萬(wàn)，創(chuàng)新人才規(guī)模穩(wěn)居世界首位；SCI論文數(shù)量和高被引論文數(shù)量都位居世界第2位，國(guó)內(nèi)發(fā)明專(zhuān)利申請(qǐng)量和PCT專(zhuān)利申請(qǐng)量都位居世界首位，成為全球科技創(chuàng)新的重要貢獻(xiàn)者。在衡量高質(zhì)量科研產(chǎn)出的自然指數(shù)（NatureIndex）排名中，中國(guó)位居世界第二位，中科院已連續(xù)8年在全球科教機(jī)構(gòu)中位列首位。

 

我國(guó)科技創(chuàng)新這些年的進(jìn)展和成就，在國(guó)際上幾個(gè)比較有影響的競(jìng)爭(zhēng)力指數(shù)排名中，也得到了體現(xiàn)。比如，在世界知識(shí)產(chǎn)權(quán)組織等機(jī)構(gòu)發(fā)布的2019世界創(chuàng)新指數(shù)排名，和瑞士洛桑學(xué)院公布的2019年世界競(jìng)爭(zhēng)力年鑒中，中國(guó)都排在第14位；世界經(jīng)濟(jì)論壇發(fā)布的2019年全球競(jìng)爭(zhēng)力報(bào)告中，中國(guó)排在第28位；科技部公布的2019年國(guó)家創(chuàng)新能力排名中，我國(guó)排在第15位。這些數(shù)據(jù)反映出我國(guó)創(chuàng)新型國(guó)家建設(shè)取得顯著成效，也增強(qiáng)了我們科技事業(yè)發(fā)展的信心和決心。

 

但客觀(guān)來(lái)講，我國(guó)的科技創(chuàng)新水平與國(guó)家經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的要求相比，與世界科技先進(jìn)水平特別是與美國(guó)相比，還有較大差距。

 

比如基礎(chǔ)研究方面，我國(guó)SCI科技論文篇均被引次數(shù)只有10次/篇左右，低于世界篇均被引次數(shù)（12.61次/篇）；在國(guó)際最有影響的諾貝爾科學(xué)獎(jiǎng)獲獎(jiǎng)?wù)咧校绹?guó)有300多位，日本21世紀(jì)以來(lái)已經(jīng)有19位獲獎(jiǎng)，而我國(guó)只有1位（不包括華裔）。

 

在戰(zhàn)略高技術(shù)方面，我們還面臨很多關(guān)鍵核心技術(shù)的制約。我國(guó)芯片進(jìn)口額已經(jīng)連續(xù)多年超過(guò)石油，2019年超過(guò)3000億美元；操作系統(tǒng)、高端光刻機(jī)仍被國(guó)外公司壟斷，90%以上傳感器來(lái)自國(guó)外。高檔數(shù)控機(jī)床、高檔儀器裝備等關(guān)鍵件精加工生產(chǎn)線(xiàn)的制造及檢測(cè)設(shè)備，95%以上依賴(lài)進(jìn)口。130多種關(guān)鍵基礎(chǔ)材料，32%在我國(guó)仍為空白、52%依賴(lài)進(jìn)口。高端醫(yī)療儀器設(shè)備、高端醫(yī)用試劑、重大疾病的原研藥、特效藥基本依賴(lài)進(jìn)口。這些方面的問(wèn)題一旦被“卡脖子”，就會(huì)威脅到整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈和供應(yīng)鏈的安全。

 

這里我舉個(gè)光刻機(jī)的例子。光刻機(jī)是集成電路制造最重要的核心裝備，是人類(lèi)有史以來(lái)最精密復(fù)雜的設(shè)備之一，與航空發(fā)動(dòng)機(jī)共同被譽(yù)為人類(lèi)工業(yè)皇冠上的明珠，同時(shí)也是集成電路產(chǎn)業(yè)鏈上我國(guó)與國(guó)際先進(jìn)水平差距最大的環(huán)節(jié)。

 

光刻機(jī)的基本工作原理主要是通過(guò)光學(xué)系統(tǒng)把事先制備在掩模上的圖形以微縮的方式，利用光化學(xué)反應(yīng)成像轉(zhuǎn)移到晶圓上的過(guò)程，有點(diǎn)類(lèi)似照相機(jī)照相。照相機(jī)是把物體和人像印在底片上，而光刻則是要把電路圖印在硅片上。光刻技術(shù)水平直接決定了集成電路的工藝節(jié)點(diǎn)。比如華為采用5納米工藝制程的麒麟9000芯片，在指甲蓋大小的空間上集成了153億個(gè)晶體管。

 

雖然基本原理簡(jiǎn)單，但實(shí)現(xiàn)起來(lái)卻非常困難，特別是高端的極紫外光刻機(jī)，已接近人類(lèi)超精密制造的極限。比如，極紫外光源是用激光轟擊金屬液滴產(chǎn)生的等離子體光源，要能實(shí)現(xiàn)數(shù)萬(wàn)瓦級(jí)大功率CO2激光的高穩(wěn)定輸出、每秒數(shù)萬(wàn)次的微米級(jí)激光精準(zhǔn)打靶。曝光的光學(xué)系統(tǒng)采用多層膜反射式結(jié)構(gòu)，反射鏡表面拋光的粗糙度要求相當(dāng)于在接近中國(guó)國(guó)土的面積上，起伏小于0.4mm；大口徑多層膜膜厚分布控制精度要求達(dá)到原子量級(jí)，相當(dāng)于在整個(gè)中國(guó)鋪上一層半米厚的柏油，誤差不超過(guò)一張A4紙的厚度；反射光學(xué)元件支撐穩(wěn)定性要求達(dá)到亞納米量級(jí)，相當(dāng)于從地球射向月球一束光，在月球表面的指向穩(wěn)定在10cm的范圍內(nèi)。此外，由于13.5nm的光會(huì)被空氣在內(nèi)的幾乎所有材料吸收，所以需要在龐大的光刻機(jī)內(nèi)部實(shí)現(xiàn)十億分之一乃至萬(wàn)億分之一量級(jí)的接近極限清潔的真空環(huán)境。

 

目前只有荷蘭的ASML公司能夠生產(chǎn)極紫外光刻機(jī)，但由于其中用到大量的美國(guó)技術(shù)和零部件，所以其出口受到美國(guó)的長(zhǎng)臂管轄限制。華為等國(guó)內(nèi)領(lǐng)先的芯片設(shè)計(jì)企業(yè)可以設(shè)計(jì)出7nm甚至5nm的芯片，但是離開(kāi)了極紫外光刻機(jī)，高端芯片就徹底斷供了。

 

在國(guó)家重大科技專(zhuān)項(xiàng)的支持下，我們國(guó)家在光刻機(jī)領(lǐng)域取得長(zhǎng)足進(jìn)步，目前已在開(kāi)展面向28nm工藝節(jié)點(diǎn)的193nm波長(zhǎng)的光刻機(jī)研制攻關(guān)。但在極紫外光刻機(jī)方面，我們還有很長(zhǎng)的路要走。中國(guó)科學(xué)院已部署新技術(shù)路線(xiàn)光刻機(jī)的研制。

 

總體來(lái)看，我國(guó)科技創(chuàng)新取得了歷史性成就，已經(jīng)具備良好的發(fā)展基礎(chǔ)和條件，發(fā)展?jié)摿艽螅l(fā)展態(tài)勢(shì)良好。對(duì)此，我們要有充分的創(chuàng)新自信，有決心有信心通過(guò)不懈努力，充分發(fā)揮好我們的已有基礎(chǔ)和優(yōu)勢(shì)，取得更大的發(fā)展成就。同時(shí)，我們也要正視我們的短板和不足，牢固樹(shù)立安全思維和底線(xiàn)思維，找出制約發(fā)展的關(guān)鍵問(wèn)題，找準(zhǔn)突破口，揚(yáng)長(zhǎng)避短，因勢(shì)利導(dǎo)，采取更有針對(duì)性的措施，在發(fā)展的過(guò)程中逐步加以解決。

 

當(dāng)前，我國(guó)已轉(zhuǎn)向高質(zhì)量發(fā)展新階段。黨的十九屆五中全會(huì)強(qiáng)調(diào)，要堅(jiān)持創(chuàng)新在我國(guó)現(xiàn)代化建設(shè)全局中的核心地位，把科技自立自強(qiáng)作為國(guó)家發(fā)展的戰(zhàn)略支撐，面向世界科技前沿、面向經(jīng)濟(jì)主戰(zhàn)場(chǎng)、面向國(guó)家重大需求、面向人民生命健康，深入實(shí)施科教興國(guó)戰(zhàn)略、人才強(qiáng)國(guó)戰(zhàn)略、創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展戰(zhàn)略，完善國(guó)家創(chuàng)新體系，加快建設(shè)科技強(qiáng)國(guó)。這充分體現(xiàn)出以習(xí)近平同志為核心的黨中央，對(duì)科技創(chuàng)新工作的極端重視，凸顯了以改革促創(chuàng)新、以創(chuàng)新促發(fā)展的重要性和緊迫性。

 

【延伸閱讀】

 

五中全會(huì)關(guān)于十四五規(guī)劃和2035年遠(yuǎn)景目標(biāo)的建議（框架導(dǎo)讀+劃重點(diǎn)）

獨(dú)家解讀五中全會(huì)起草組93名成員

 

五中全會(huì)審議通過(guò)的規(guī)劃《建議》，對(duì)科技創(chuàng)新作出了全面部署，要求強(qiáng)化國(guó)家戰(zhàn)略科技力量、提升企業(yè)技術(shù)創(chuàng)新能力、激發(fā)人才創(chuàng)新活力、完善科技創(chuàng)新體制機(jī)制，擘畫(huà)了科技事業(yè)未來(lái)發(fā)展的藍(lán)圖，為科技創(chuàng)新工作指明了努力方向，明確了目標(biāo)任務(wù)，是我們當(dāng)前和今后一個(gè)時(shí)期做好科技創(chuàng)新工作的根本遵循。

 

我們堅(jiān)信，在以習(xí)近平同志為核心的黨中央的英明領(lǐng)導(dǎo)下，我國(guó)科技界將繼續(xù)深化改革、攻堅(jiān)克難、勇攀高峰，實(shí)現(xiàn)科技自立自強(qiáng)，以高質(zhì)量科技創(chuàng)新支撐引領(lǐng)高質(zhì)量發(fā)展；一定能實(shí)現(xiàn)到2035年躋身創(chuàng)新型國(guó)家前列、到2050年建成世界科技強(qiáng)國(guó)的宏偉目標(biāo)，為全面建設(shè)社會(huì)主義現(xiàn)代化國(guó)家提供強(qiáng)有力的科技支撐。

 

(主講人系全國(guó)人大民族委員會(huì)主任委員，“一帶一路”國(guó)際科學(xué)組織聯(lián)盟主席，中國(guó)科學(xué)院原院長(zhǎng))

 

【注釋?zhuān)薄?/span>

通過(guò)質(zhì)量可以把黑洞分為三大類(lèi)：恒星級(jí)別黑洞質(zhì)量在3倍太陽(yáng)質(zhì)量到100倍太陽(yáng)質(zhì)量之間；超大質(zhì)量黑洞的質(zhì)量起點(diǎn)是幾十萬(wàn)倍的太陽(yáng)質(zhì)量，一直到幾十億倍甚至于上百億倍的太陽(yáng)質(zhì)量；介于兩者之間的黑洞，稱(chēng)之為中等質(zhì)量的黑洞。

 

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