五大領域將成未來產業創新前沿

 

　　新一輪科技革命和產業變革加速發展，新的顛覆性技術不斷涌現。9月9日，浦江創新論壇成果發布會在上海召開。會上，由中國科學技術信息研究所、上海市科學學研究所聯合編撰的《未來產業創新的前沿領域》報告正式發布。

 

　　該報告基于對各國和地區科技政策與研發投入、論文與專利、專家觀點與學術會議資料等科技信息的多維度分析，遴選出未來產業創新的五大前沿領域——類腦芯片、量子信息、合成生物學、綠色制氫和區塊鏈，并探討了它們的發展態勢、區域研發優勢、技術研發方向和面臨的挑戰。

 

　　類腦芯片：近10年來高速發展

 

　　類腦芯片是借鑒人腦的信息處理機制發展出的新型計算芯片，近10年來高速發展。報告指出，類腦芯片于2013年至2016年進入快速增長期，2016年后進入高速增長期。2013年之前，有關類腦芯片的全球論文數量不足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用的領先國家；瑞士是神經形態芯片的發起地，其學術影響力較大；中國的類腦芯片研究起步較晚，但在2016年與美國同步進入快速增長期。目前，中國在這一領域的基礎研究和技術研發成果數量均居全球首位，但論文仍存在學術影響力較低、研究質量與頂級機構存在差距等問題。

 

　　中國科學技術信息研究所副所長劉琦巖在發布會上表示，類腦芯片是人工智能產業發展的基礎和先鋒，目前仍處于實驗室探索階段，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瓶頸。類腦芯片融合了腦科學、計算神經科學、認知科學、統計物理等學科知識，需要充分調動相關領域專家參與，加強學科交叉。

 

　　量子信息：創新大國競爭激烈

 

　　量子信息是量子力學與信息學交叉形成的一門學科。報告顯示，在量子信息領域，創新大國競爭激烈，基礎研究和技術研發成果數量持續增加。美國在量子計算和量子測量方面優勢明顯。中國目前的量子信息專利數量居全球首位，論文數量僅次于美國，量子通信應用規模和產業發展處于全球領先地位，但量子計算和量子測量領域的研究與應用水平較美國仍有一定差距。

 

　　在細分領域方面，量子計算的產業影響力最大，是量子信息領域的關注焦點。樣機研發與性能提升是實現量子計算潛力的核心，超導和離子阱技術路線持續領跑，硬件技術仍處于多種方案并存發展階段；量子通信領域的未來方向則是基于量子隱形傳態、存儲中繼和轉換等關鍵技術，構建量子信息網絡；在量子測量領域，原子鐘、重力儀、磁力計、光量子雷達等多類型產品已逐步實現商業應用。

 

　　報告指出，量子信息的前沿科技成果尚處于探索研究期，需要進行深入的概念驗證，技術成熟度不高，轉移轉化存在諸多困難。因此，需要加強政產學研用各方在量子信息領域的溝通交流與協同創新，將學術力量與產業界資源有機結合。

 

　　合成生物學：需要政策持續支持

 

　　合成生物學是生物科學新出現的一個分支學科，是基于系統生物學的遺傳工程和工程方法的人工生物系統研究。報告指出，在合成生物學領域研究中，美國屬于第一梯隊，中國、日本、英國屬于第二梯隊。從全球來看，合成生物學的研究已形成比較固定的學術合作圈，在科技創新合作中地緣關系影響較大。

 

　　劉琦巖介紹，合成生物學的發展還處于早期階段，需要政策持續支持。目前整個行業的發展仍缺乏中長期、明確的發展規劃。細分來看，上游工具層是合成生物學技術體系的基礎和關鍵，競爭壁壘較高，中游的數字化、人工智能化對于實現對生命系統的理性設計至關重要，技術創新難度均較大。解決規模化生產難題是合成生物學的產品實現商業化的必由之路。此外，合成生物學研究需要生命科學、工程學、信息學、物理和化學等學科融合交叉。在倫理爭議、生物安全、有效監管方面也有待探索。

 

　　綠色制氫：可再生能源電解水制氫是重點

 

　　在新能源領域，綠色制氫近年來備受關注。報告介紹，利用太陽能、風能、海洋能、水能等產電再進行電解水制氫，由此得到氫能，是綠色制氫的研發重點，在商業上將可以與煤、油等化石能源競爭，但仍存在材料成本、催化劑活性、氣體擴散層等技術挑戰。

 

　　在研發路線上，中國、美國、德國、加拿大、印度、英國側重于質子交換膜電解水技術；韓國、意大利、日本以堿性電解水技術為研發重點；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，日本的技術研發專利數量居全球首位，具有絕對優勢。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位的頂尖研發機構中，日本有15個，且均為企業。中國有3個機構入圍，但僅有華能集團1個企業。中國的研發力量仍以高校和研究所為主，這容易造成產業需求與研發方向脫節，研發成果不易轉化成產品。

 

　　區塊鏈：中國研發水平全球領先

 

　　區塊鏈本質上是一種去中心化的分布式數據庫，是分布式數據存儲、多中心的點對點傳輸、共識機制和加密算法等多種技術在互聯網時代的創新應用模式。

 

　　區塊鏈已經在全球金融、物流運輸、醫療保健等多個行業得到應用。未來，隨著技術的成熟和認知的提升，預計將有更多行業開始探索和采用區塊鏈技術。隨著區塊鏈應用的增加，個人隱私和身份驗證問題變得更加重要。

 

　　在科技創新上，全球創新大國在區塊鏈領域的基礎研究中合作較為密切，近一半論文由多個國家或地區合作完成。其中，中國與美國的合作頻次居首位。當前，區塊鏈技術研發主要集中在上游數據層、合約層，以及下游金融領域。中國在上、中、下游各個層面的論文和專利數均處于絕對優勢地位，這一點尤其體現在基礎研究中的聯盟鏈、共識層，以及技術研發中的聯盟鏈、物流運輸等方面。由此可見，中國在區塊鏈領域的基礎研究與技術研發水平均全球領先。