三个重点科学领域的进展和未来趋势

　　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礎。
　　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。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。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，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，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＂。
　　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。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。
　　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。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。
　　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。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。
　　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，中共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。习近平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。
　　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。基因编辑技术已广泛应用于生命科学研究和临床研究。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;类脑智能研究也是当前一个研究热点。
　　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 。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。
　　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。合成生物学方面，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＂。
　　人造光合作用也发展迅速，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。
　　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。
　　第三，关于基础研究的重要进展和趋势。
　　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。目前，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＂。世界科技大国都在积极支持这方面的研究。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。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。
　　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。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。
　　最后，其他各学科领域也都呈现出群发性的突破态势。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。