本
文
摘
要
图为中国科学院院长 *** 发表主旨演讲。图片来源：东方IC
以下为 *** 演讲摘编：
今天，我主要对信息科技、生命健康、基础研究等三个重点领域的进展和趋势作一些分析和展望，因为信息科技和生命健康是全球研发投入最大的两个领域，基础前沿是事关长远发展的重要基础。
首先，在信息技术领域，主要有以下重要进展和趋势。
一是以芯片和元器件、计算能力、新一代信息网络为核心的技术加速发展，推动加快进入万物互联时代。人类社会（人）、信息空间（机）、物理世界（物）实现无缝智能融合，为各种工作和生活需求作出全方位智能响应。这一切将全面重塑世界发展格局，使人类文明继农业革命、工业革命之后迈向新的智业时代。
硅基芯片和元器件是信息技术发展的基石，其制程工艺不断提高，处理速度越来越快、存储能力越来越强、能耗越来越低。目前7纳米芯片已开始应用，5纳米芯片已开始试产，3纳米芯片也正在研发中。但硅基芯片的制程工艺已经逼近物理极限，摩尔定律面临失效风险。碳基纳米材料，特别是石墨烯和碳纳米管材料，被认为是最有希望取代硅从而延续摩尔定律的半导体材料之一。碳基器件相比传统硅基器件具有 5～10倍的速度和能耗优势，可以实现 5nm以下的半导体技术节点，满足 2020年之后新型半导体芯片的发展需求。当前碳基ICT技术主流研究方向主要包括，石墨烯、碳纳米管、碳化硅等。
超级计算是信息技术发展的重要基础。2018年，美国发布新一代超级计算机“顶点”，运算能力高达每秒20亿亿次，超过我国曾经连续5年排名世界第一的神威太湖之光。当前，全球超算强国都在研制下一代E级超算（每秒百亿亿次）。量子计算也是各国高度关注的战略制高点。一台操纵50个微观粒子的量子计算机，对特定问题的处理能力可超过神威太湖之光超级计算机。中国科技大学研制出了世界上第一台超越早期经典计算机的光量子计算机。今年初，IBM 也研发出可以脱离实验室环境运行的量子计算机。谷歌开发出54量子比特数的量子芯片，该芯片支持的量子计算机完成一个随机数字采样100万次的任务只需要200秒，而世界最强超算Summit需要1万年。当然对于这一成果各界还有不同的看法，真正意义上的通用量子计算机出现还有很长的路要走。
新一代网络通信技术发展也进入快车道。2012年6月6日，全球IPv6网络正式启动。IPv6的地址长度为128位，是IPv4的4倍，其地址数量近乎无限。5G通信技术已经开始大规模应用，其数据速率是4G的百倍以上，传输延迟在1毫秒以下，能够支持在一平方公里内连接100万台设备。在这些明显的技术优势帮助下，5G可以随时随地实现万物互联，成为数字经济乃至数字社会的“神经系统”。
进入万物互联时代，人类社会（人）、信息空间（机）、物理世界（物）实现无缝智能融合，为各种工作和生活需求作出全方位及时智能响应，将全面重塑世界发展格局，使人类文明继农业革命、工业革命之后迈向新的智业时代。
二是人工智能作为引领带动新一轮科技产业变革的战略性技术，将对产业结构、产业形态以及社会生活带来决定性影响。
谷歌阿尔法围棋在深度学习方面的关键性突破，掀起了人工智能发展的新一轮热潮。未来10年，全球人工智能产业将进入高速增长期。麦肯锡公司预测，到2030年，约70%的公司将采用人工智能，人工智能新增经济规模将达到13万亿美元。
现在，专用人工智能在单项测试、大规模图像识别和人脸识别中，已经超越人类。随着材料、制造、动力、传感、控制等相关技术的不断发展，硬件的成本大大降低，人工智能已经进入工厂和普通消费者周围。各种智能终端、智能服务、可穿戴设备不断推陈出新，各种家政机器人、情感陪护机器人、娱乐机器人等正走进我们的生活。比如，科大讯飞的“智医助理”机器人，其医学影像诊断的准确率已经达到94.1%，刷新了医学影像权威评测的世界纪录。
通用人工智能总体发展仍处于起步阶段，也是下一代人工智能重点突破的方向。通过将人的作用或认知模型引入人工智能系统中，人机协同可以更加高效地解决复杂问题，逐步实现人机混合智能。通过大幅提高机器智能对环境的自主学习能力，逐步实现自主智能系统。2015年，中国科学院成立了“脑科学与智能技术卓越创新中心”，主要研究认知科学、人工智能等，目前已成为我国在该领域的研究高地。
三是大数据作为信息社会的战略性资源，成为科技和产业竞争发展的制高点。
越来越多的人认识到，大数据具有可以反复使用、不断增值的特点，蕴藏着巨大的价值和潜力，是与自然资源、人力资源一样重要的战略资源。据国际数据公司统计，目前全球数据总量每年都以倍增的速度增长，预计到2020年将达到44万亿GB，中国数据量将占全球近20%，大数据将带动全球GDP增长超过2%。
一方面，大数据作为新兴产业，数据采集、数据分析、数据服务已经成为信息产业中最具活力、发展迅速、潜力巨大的细分市场，相关的硬件制造和软件开发也吸引了更多资金和研发投入。另一方面，大数据与现有产业实现深度融合，几乎应用到每个产业领域，加快推动了相关产业的转型升级，使得生产更加绿色智能、生活更加便捷高效。
围绕大数据应用形成新的、多样化的创新生态链，推动了共享经济的蓬勃兴起和发展，重塑了传统产业的结构和形态，催生了众多的新产业和新业态新模式，也给我们的衣食住行带来了根本改变。麦肯锡预测，医疗领域未来10年因采取大数据技术，将减少2/3的医疗开支。大数据在人工智能与先进制造、自动驾驶、金融与商业服务、医疗与健康管理、科学研究等领域都有着广泛的应用前景；在社会保障、突发事件监测预警、信用评估、城市管理等方面，发挥越来越重要的作用。
四是区块链作为信息技术发展的新方向，将为经济社会数字化转型提供强大动力。
区块链技术作为比特币的底层技术被大众所熟知。它是分布式数据存储、点对点传输、共识机制、加密算法等多种技术的集成应用，可以实现信息的公开透明、不可篡改、不可伪造、可追溯，无需第三方背书，其广泛应用将显著降低整个社会的交易成本、提升运行效率，因而受到各国的高度重视。
围绕区块链技术，共识算法、加密算法等底层核心技术不断取得突破，与人工智能、大数据、物联网等技术深度融合，将进一步提高其技术性能的可用性、安全性，加快其跨入大规模商业化应用阶段的速度，令其成为数字经济进一步深化发展的重要增长点。比如在供应链管理方面，区块链技术保证了交易可追溯和数据不可篡改，可以有效避免交易纠纷，提升整体运行效率。在税务管理方面，应用区块链技术构建的“税链”网络，真正实现“交易即开票”“开票即报销”，可以大幅降低税收征管成本，有效解决数据篡改、一票多报、偷税漏税等问题。
我国在区块链的发展和应用方面具有自己的特点和优势。我国移动互联网用户数量巨大，在线支付应用普及，在数字货币、供应链、数字政务、社会公共服务等多个领域已有一定的应用基础，未来有很大的应用前景。上个月， *** 中央政治局就区块链技术发展现状和趋势进行了集体学习。 *** 总书记在主持学习时强调，要把区块链作为核心技术自主创新的重要突破口，明确主攻方向，加大投入力度，着力攻克一批关键核心技术，加快推动区块链技术和产业创新发展。
第二，关于生命与健康领域的重要进展和趋势。
有人说21世纪是生命科学的世纪。在Science创刊125周年公布的125个最具挑战性的科学问题中，46%属于生命科学领域。当前，生命与健康领域正在走向 “定量检测解析”、 “预测编程”和“调控再造”，加速孕育一批具有重大产业变革前景的颠覆性技术，将对药物研发、基因治疗、生物育种、生物安全、现代农业等领域带来深远的影响。
一是基因组学、脑科学成为生命科学领域最受关注的前沿热点。
基因编辑技术自上世纪80年代出现以来，不断改进和发展，已广泛应用于生命科学研究和临床研究。基因测序成本以超过信息领域摩尔定律的速度下降，2003年全球完成人类基因组测序花了13年、耗资27亿美元，目前只要几百美元、1小时左右就可完成。
脑科学被看作是自然科学研究的“最后疆域”。目前，科学家已经绘制出全新的人类大脑图谱，还通过脑机接口实现了对智能机器、义肢等的直接控制，为发展新一代神经及精神疾病的诊断和治疗技术方法奠定了坚实的基础。此外，人脑重大疾病诊治也取得重要进展，对帕金森、阿尔茨海默症、抑郁症等重大疾病机理的研究不断深入，新的治疗手段和药物不断涌现。此外，类脑智能研究也是当前一个研究热点，类脑计算芯片、类脑学习与决策等算法软件也取得重要进展。
二是生命科学研究新技术新方法加速走向临床应用，推动医学向“个性化精准诊治”和“关口前移的健康医学”新阶段发展。
细胞免疫疗法被认为是最有前景的肿瘤治疗方式之一 。2017年，诺华推出了世界首个CAR-T基因疗法，经美国FDA正式批准上市，用于治疗急性淋巴细胞白血病。我国也有CAR-T疗法已经上市，还有十几个正在申请上市。当然，细胞免疫疗法价格还比较昂贵（FDA批准上市的两个产品价格分别为47.5万美元和37.3万美元），也存在不良反应、细胞产品的质量控制等问题。
干细胞和再生医学为有效治疗心血管疾病、神经退行性疾病、严重烧伤、脊髓损伤等难治愈疾病，提供了新的途径，有望成为继药物治疗、手术治疗后的第三种疾病治疗途径，引发新一轮医学革命。比如，我院基于干细胞技术制备出引导脊髓组织损伤再生的生物材料，已开展修复脊髓损伤的大动物（狗）实验168例，显示出良好的临床前景，已经开始进入临床。
三是合成生物学、人造光合作用、分子模块育种等新技术、新方法不断涌现，推动生物经济蓬勃发展。
合成生物学被誉为是继DNA双螺旋结构和人类基因组测序之后的“第三次生物学革命”，也被认为是改变世界的颠覆性技术。目前，科学家已经能够设计多种基因控制模块，组装具有更复杂功能的生物系统，甚至创建出“新物种”。比如，可以培养出用于诊断早期癌症与糖尿病的细菌，合成出抗疟药物青蒿素、抗生素林可霉素等药物，更简单高效地生产生物燃料，很有可能引发相关领域的产业革命。
人造光合作用发展迅速，科学家已经能够采用硅太阳能电池和钴、镍基催化剂等可广泛获取的材料，研制出可以模拟光合作用的人造树叶，在无需外部电路控制和操作的情况下，利用太阳能将水分解为氢气和氧气。美国科学家研发出新型人造光合作用系统，效率是植物系统的10倍。去年，我院科学家发现了一种单核锰催化剂，能够利用阳光，将水高效分解成氢气和氧气，为实现“液态阳光”构想迈出关键一步。
分子模块育种通过基因的直接选择和有效聚合，能够克服传统育种周期长、偶然性大和育种效率低等缺点，实现量身定制、精确育种。比如，针对糖尿病人等特殊人群，可以设计研制低糖的水稻。利用分子模块育种技术，我院研发出嘉优中科、中科804等系列水稻新品种，对我国农作物品种的升级换代和粮食安全具有重要意义。
第三，关于基础研究的重要进展和趋势。
基础研究是整个科学体系的源头，是实现重大技术突破、抢占知识产权高地的基础，也是体现一个国家科技综合实力的重要标志。基础研究的发展源于两个动力，一个是人类与生俱来的好奇心驱动，另一个是经济社会发展需求的牵引。21世纪以来，各主要学科领域在理论体系、重大问题等方面取得了一系列重大进展，呈现出持续加速的态势。
一是超宏观方面的研究不断拓展，对宇宙起源与演化的研究持续取得重大进展，有望在重大理论、重大问题上取得革命性突破，使人类对宇宙的认识实现新的飞跃。
宇宙起源和演化是基础研究中最重要的基本科学问题。目前，宇宙中能够观测到的可见物质仅占4.9%，而暗物质占到26.8%，暗能量占到68.3%。对暗物质和暗能量的研究成为物理学最重要的前沿方向，这也是认识宇宙起源和演化最关键的一步，被称为是21世纪物理学的两朵新“乌云”。所以，世界科技大国都在积极支持这方面的研究。比如，欧空局的普朗克望远镜、美国的费米望远镜，都开展了暗物质探测
2015年，我院成功发射了“悟空号”暗物质粒子探测卫星，搭载了目前国际上最高分辨、最低本底的空间高能粒子望远镜。今年4月10日，全球六地同步直播发布了首张黑洞照片，这是人类首次看到距离地球5500万光年、质量为太阳65亿倍的超大质量星系中心黑洞的“面貌”。
引力波是宇宙演化过程中产生的一种天文现象，也为我们进一步认识宇宙演化提供了重要的手段和新的途径。爱因斯坦早在100多年前就预言了引力波的存在，但是他认为引力波太微弱了，难以探测到。2015年，美国激光干涉仪（LIGO）两次探测到引力波信号，标志着引力波天文时代的开启，在全球兴起了引力波探测热潮。我国先后启动了太极计划、天琴计划，目前正在建设的阿里天文台，主要用于探测原初引力波。
支撑超宏观研究的大科学装置也在加速发展。我院建设的500米口径球面射电望远镜（FAST）——“中国天眼”，是目前世界上最大单口径、最灵敏的射电望远镜，接收面积达到25万平方米（相当于30个足球场），将在未来10年内保持世界领先地位。此外，多国正在共同建设平方公里阵列射电望远镜（SKA），接收面积达1平方公里，这是有史以来建造的最大的天文装置，预计2030年前后投入使用，将开辟人类认识宇宙的新纪元。
二是超微观方面的研究不断深入，微观物质结构研究开始从“观测时代”走向“调控时代”，将为能源、材料、信息等产业发展提供新的理论基础和技术手段。
2013年，科学家依靠大型强子对撞机（LHC）发现了希格斯粒子，完成了标准粒子模型确认工作的最后一环，由此标准粒子模型预言的61种基本粒子已经全部被发现，将人类对基本粒子的认识又推进了一大步。我院科学家利用大亚湾中微子实验装置，发现了一种新的中微子振荡模式，被认为是该领域最重要的突破之一。
在量子调控方面，铁基高温超导、多光子纠缠、量子反常霍尔效应、“天使粒子”马约拉那费米子等一批关键性突破，为物质科学的发展展现出更广阔的前景。量子通信和量子计算也成为当前的研究热点。我院成功发射了世界首颗量子通信卫星“墨子号”，牵头建设的了世界上第一条量子密钥通信保密干线“京沪干线”，为量子通信走向应用奠定了坚实基础。最近，英国科学家又成功拍到了量子纠缠的图像．
基础前沿还包括很多重要的学科领域方向，随着学科交叉融合不断深化，边界愈来愈模糊，不断催生出新前沿、新技术、新方法，不仅进一步深化了人类对自然世界规律和本质的认识，而且也为推动技术和产业发展提供了重要的知识基础和发展源泉。
以上我主要介绍了信息技术、生命与健康、基础研究等当前社会关注度比较高的几个重点领域的发展现状和趋势。其他各学科领域也都呈现出群发性的突破态势。
比如在能源领域，全球新一轮能源革命正在兴起，在可再生能源、第四代核能、大规模储能以及动力电池、智慧电网等方面，都取得了一批突破性进展，推动能源技术加速向绿色、低碳、安全、高效的方向转型。
新材料领域正在向个性化、复合化和多功能化的方向发展，石墨烯、柔性显示材料、仿生材料、超导材料、智能材料等层出不穷。
在先进制造领域，以智能感知、智能控制、自动化柔性化生产为特征的智能工厂大量涌现，3D、4D打印技术快速发展，个性化订制、柔性化生产、制造业服务化等，成为新趋势。
在深空深海深地探测方面，空天地海一体化观测体系不断完善，实现了空天海信息透彻感知、数据实时高效传输和充分共享；主要国家积极开展深空探测等重大航天工程，民营资本大量进入航天领域，在全球范围内掀起新一轮空间探索热潮；海洋领域的关注重点从近海走向深海大洋，更加重视海洋资源的保护和开发利用；地球深部探测不断发展，使得地球更加透明，为新的资源能源来源开辟了一条新途径。
这些领域科技发展的新进展、新趋势，既为我们发挥后发优势、加快跨越发展提供了重要战略机遇，也对我们提出了重大挑战。特别是在人工智能、脑科学、量子计算、核聚变等领域，都有可能出现一些改变全球现有竞争格局的颠覆性技术，对经济社会发展带来全局性、决定性的影响。
在这些重点领域中，由于我国过去的基础薄弱、起点低，与发达国家仍有不小差距。但经过多年的努力和追赶，在很多重点方向上我国已经赶上世界先进水平。我国科技事业进入到整体能力水平加速跃升的关键阶段。
党的十九大进一步明确了我国科技创新“三步走”战略。当前国家正在研究制定中长期科技发展规划纲要，将进一步明确我国未来一个时期科技创新发展的战略方向、重大任务和重点举措。我们要坚持走中国特色自主创新道路，充分发挥新型举国体制优势，强化产学研合作和协同创新，强化高端引领、重点突破，加快提升自主创新能力，推动创新链从中低端向中高端跃升，实现内涵式发展、高质量发展，加快建成创新型国家和世界科技强国。
