2018年世界科技發展回顧（上）

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創新丨前沿丨科普丨資訊

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2019年或許會很不平常，只因2018年世界主要國家之間關係風雲變幻，讓科技領域也瀰漫著暗戰的味道。美國制定一系列政策維護其「美國優先」，英國投巨資保持其「全球研究人才之家」地位，德國也出台了《高科技戰略2025》報告……具體到各學科領域，跨界聯合漸成趨勢，行業布局合縱連橫。值此新年伊始，總結過去能幫我們更好地面對未來。

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科技政策

美國：推出多項科技戰略，開啟量子「登月計劃」

基於「美國優先」理念，美政府2018年相繼推出太空、生物、網路等多項科技戰略；在具體項目上籤署國家量子法案等，力圖繼續鞏固美國科技優勢地位。

2018年3月公布的《國家太空戰略》將保持美在太空中的實力和競爭力置於優先地位；特朗普在5月和6月接連頒布兩個太空政策指令：一方面鼓勵私營部門參與美國空間探索任務；另一方面聲稱要減少太空軌道碎片威脅，力圖主導國際空間交通管理。

2017年9月發布的《國家生物防禦戰略》為維護美國生物安全制定5大目標，並要求成立高規格生物防禦指導委員會，負責監督和協調聯邦機構和情報界的工作，評估和打擊針對美國的生物威脅。9月還出台了《國家網路戰略》，提出未來在網路空間鞏固美國利益，維護網路安全的優先選項，同時明確美將在網路空間擴張其國際影響力的意圖。

在具體科研項目上，美政府推出了一系列政策。如12月發布的國家量子法案，全方位加速量子科技的研發與應用，開啟量子領域的「登月計劃」，力圖確保美在量子信息科學這一「下一場技術革命」中的全球領導地位；同月，特朗普還簽署總統備忘錄，責成相關部門制定國家頻譜戰略，以引導美國未來幾年的5G網路建設。

英國：啟動研究創新計劃，支持前沿技術發展

英國國家科研與創新署（UKRI）去年6月啟動「未來領導者研究基金計劃」，旨在保持英國作為「全球研究人才之家」的地位。該計劃將在未來11年獲得總額9億英鎊的資助，3年內將啟動6項資助，至少550名研究人員受益。

英國自去年7月發布了一系列支持自動駕駛汽車、車聯網、清潔能源車輛等技術發展的計劃。《移動未來》《最後一英里》等文件，將清潔能源車輛、自動駕駛、車聯網等列為未來交通發展的重要趨勢。政府決定撥款支持6個自動駕駛汽車相關研發項目。

為支持量子技術發展，英政府2018年10月在2019年預算報告中提出，將撥款2億多英鎊；同年11月宣布將撥款2000萬英鎊，支持量子感測器、微型原子鐘原型、低成本集成晶元和先進接收機等4個量子技術應用項目的研發，以開發適用於通信、測繪等領域的設備原型。

為應對氣候變化，英政府11月宣布，本世紀20年代中期將投入運營首個碳捕捉、儲存以及利用項目，準備工作從2019年啟動，最終目標是到2030年在英國大規模應用碳捕捉技術。

德國：出台高科技戰略，加大AI戰略實施

2018年德國科技政策最重要的內容之一是出台《高科技戰略2025》報告，為德國未來七年高科技創新制定了目標。根據這項戰略，德國將在零排放智能化交通領域，推動「安全、網路化清潔交通」的燈塔項目，並支持車用電池生產和合成燃料研究，還將實施一項「自動駕駛」行動計劃。在健康和護理領域，實施「國家十年」抗癌計劃，為「預防和個性化醫療」開發數字解決方案；在可持續氣候保護和能源領域，大幅減少塑料使用對環境的污染，藉助大數據和綠色技術，進一步實現工業溫室氣體中性化；在數字安全領域，將開發「全新的整體IT安全解決方案」，其中量子通信將發揮重要作用；在自動化和先進位造領域，將建立若干卓越中心和尖端研究集群。

作為歐盟內經濟和科技實力最強國家，2018年德國在人工智慧（AI）領域加大了政策推進力度。德政府宣布到2025年將投入30億歐元用於人工智慧戰略的實施，重點資助在人工智慧領域新增100名教授和擴展人工智慧中心的建設，新的技術將更貼近服務中小新型企業。政府還發表了《聯邦政府人工智慧戰略關鍵點》《人工智慧對德國經濟潛在目標》研究報告，舉辦首次人工智慧峰會，推進德國人工智慧合作平台的運作。德國確定將重點發展人工智慧在工業、交通、醫療和能源領域的研發和應用，另外還將加強人工智慧在隱私、法律和道德影響方面的研究，關注新技術的兩面性和制定法律框架。

日本：重視科技解決問題，致力「社會5.0」計劃

日本為實現「社會5.0」（Society 5.0）計劃，充分利用物聯網、大數據、人工智慧及機器人等技術，實現網路空間與現實世界高度融合的社會，為有需求的人及時提供物質和服務。為此，日本強調利用科學技術解決包括能源制約、少子高齡化等複雜問題，進一步加強基礎力量，力圖使日本成為「世界上最適宜創新的國家」。

不過，2018年，日本也已意識到科學論文數量減少，以及與其他國家論文數增加相比排名落後的現象。文部科學省所屬科學技術學術政策研究所報告稱，化學（-12%）、材料科學（-23%）、物理學（-27%）領域的論文減少幅度驚人。、

韓國：改革體制出台計劃，力爭科技創新國家

「第四次工業革命引領的創新國家」執政理念成為文在寅政府科技和產業政策的基調。2018年，韓對科技體制進行大刀闊斧的改革和調整，新設總統直屬的「第四次工業革命委員會」，整合成立國家科學技術諮詢會議，科技主管部門「未來創造科學部」更名為「科學技術信息通信部」，賦予科研預算管理、大型科研項目可行性分析等重要職權，「中小企業廳」升格為「中小風險企業部」，加強對中小企業和風險企業的支持。

去年初發布的《第四期科學技術基本計劃（2018—2022）》是韓國第四個科學技術五年計劃，以「科技改變國民生活」為主旨，對今後五年科技重大戰略進行了具體規劃。計劃選定了120個重點科技項目，其中人工智慧、智慧城市、3D列印和大氣污染治理等12項為首次入選。

同期發布的《2019政府研發投資創新方案》明確了科研預算的使用原則，對重點領域和主要研發計劃、政府資金的扶持方向等進行了細化，突出了12個政府主導的重點研發方向。

俄羅斯：強調科技發展新理念，建設世界級科教中心

俄總統普京在去年3月國情咨文中闡述了俄科技發展新理念和主要思路，包括最短時間內創建先進立法框架、實施第五代數據傳輸網路和物聯網連接建設、建立本國數字平台及使用區塊鏈技術、加快北極開發、加強基礎科學研究、加強青年科技人才培養等13個主要方面。

普京5月簽發「五月法令」，確定了2024年前國家發展目標，要求俄聯邦政府在2024年前建設至少15個世界級科學與教育中心。同月，普京批准俄聯邦教育科學部改組為兩個部門，其中，負責國家科學、科技和創新活動的俄聯邦科學和高等教育部，將擁有原聯邦科研機構管理署的職能，負責俄科學院管理工作。

以色列：促進邊緣地區經濟，鼓勵軍民融合技術

以色列經濟與產業部去年初公布了新的資本激勵計劃，旨在為處於以色列地理和經濟邊緣的地區新建更多工廠，並提供更多就業崗位。根據計劃，可再生能源、納米技術、生物技術和物聯網等領域的公司若計劃生產新產品或建立新工廠，將有資格獲得高達20％至30％的政府補貼。

為加強軍民技術融合，以色列軍隊和情報機構逐步加大與初創公司合作的力度。軍工企業拉斐爾公司和航天局下屬公司ELTA加入新的創新計劃，旨在聯合以色列從事安全技術的公司發展國防技術；國家安全局與特拉維夫大學合作開展加速器項目，支持7家人工智慧初創公司的研發。

南非：出台科技創新政策，加速驅動經濟增長

南非科技部去年9月公布新的《科學技術與創新》政策草案，並提交內閣會議最後審定。新的科技政策白皮書側重兩個主要目標：一是確保南非科技創新工作直接為經濟增長、社會發展和轉型服務；二是應對全球技術快速進步和其他變化帶來的風險和機遇。南非政府認為，新的科技政策將確保科技創新在建設一個更加繁榮和包容的社會中發揮更大的作用，並側重於利用科技創新加速包容性經濟增長，使經濟更具競爭力。

南非政府在白皮書中強調，要為人工智慧和信息通信技術的進步改變社會和經濟運作方式做好準備，南非需要在生物技術、納米技術、先進位造以及信息通訊技術研究和創新等領域取得進展。

烏克蘭：制定多項科研政策，擬進歐洲科研板塊

2018年，由烏克蘭總理擔任主席的全國科學技術委員會作為新的高層協調機構，制定了多項科研發展政策，其中包括創建國家研究基金會，制定研究重點研發計劃，以及2030年前實現可持續發展目標等。1月，該委員會批准了烏克蘭融入歐洲科學研究領域路線圖計劃，討論建立國家研究基金會，支持基礎科學研究項目的問題。

融入歐洲是烏克蘭政府擬定的國家戰略，包括科研部門也制定了相應的融入和對接計劃。在未來很長一段時間，這將都會是烏克蘭科研政策的基調。但就像烏克蘭科教部長利利婭·格里涅維奇所強調的，烏克蘭正在扮演「緩慢創新者」。科學、技術和創新的發展直接取決於該國現有的人力資本，但如何避免人才流失卻是擺在該國政府和科研管理部門前的一道現實難題。

德國先進汽車製造研發園ARENA2036。圖片來自網路

基礎研究

美國：粒子研究取得進展，宇宙探秘不斷深入

美科學家在粒子研究領域不斷取得新進展。他們不僅開始著手重測μ介子磁性，還發現了亞原子准粒子「奇子」存在的可能證據；不僅首次精確識別出特定能量的繆子中微子，還首次發現了宇宙高能中微子的來源。科學家對基本物理常數——精細結構常數的精確測量，將有助於粒子物理學標準模型的完善；而中子「暗衰變」理論（中子會衰變成暗物質粒子）的提出，若被證實，將為中子壽命為何「測不準」找到答案。

科學家對宇宙諸多現象的探索也在不斷深入。他們首次造出「超離子水冰」，或有助於研究海王星和天王星的磁場；首次完成彎曲空間內的光束加速實驗，實現光束軌跡偏移，將幫助解釋引力透鏡現象；計算機模擬發現中子星核物質比鋼硬100億倍，對於更好地理解引力波具有重要意義；而對宇宙膨脹速度——哈勃常數的精確測量，則有望幫助回答宇宙從何處來、往何處去等基本問題。

其他一些新發現同樣意義重大。如在超導材料中發現新的量子臨界性，為探究磁性與非常規超導性的關係提供了新視角；而在太空中探測到放射性分子氟化鋁，或有助解開鋁同位素起源之謎。

英國：研製出全光二極體，造出首個量子指南針

2018年3月，英國國家物理實驗室研製出一種全光二極體，新二極體能被用於微型光子電路中，有望為微納光子學晶元提供廉價高效的光二極體，從而對光子晶元和光子通信等領域產生重要影響。

同年11月，受英國國防部資助的英國科學家製造出世界首個能抵抗干擾且不依賴於GPS的量子指南針。這種指南針能在地球上不受干擾的指向，能自我維持，不依賴衛星。

德國：觀察反鐵磁體新性能，開發納米機器人驅動技術

2018年，德國在基礎研究方面取得可喜成果。美因茨大學牽頭的一個國際合作研究小組成功觀察到絕緣反鐵磁體中的遠程數據傳輸性能。反鐵磁體是一組磁性材料，相比傳統鐵磁部件計算速度更快。科學家還發現，當一種帶有鉑絲的反鐵磁性絕緣體通過電流時，電流能量會從鉑轉移到氧化鐵中，形成所謂的磁子，藉助磁子可實現計算部件長距離的信息傳輸。

此外，慕尼黑工業大學宣布開發出一種新的納米機器人電驅動技術，可使納米機器人在分子工廠像流水線一樣以足夠快的速度工作，有望快速發現化學試樣中特定物質或合成複雜分子。

另外，埃朗根—紐倫堡大學愛德曼·斯比克教授研究團隊發現，金屬材料通過有針對性的摺疊可展現全新的屬性，雖然這僅是金屬微觀結構上的錯位，不到百萬分之一毫米，但對性能影響很大。他們在石墨烯中找到一種直接接觸和移動這種錯位的方法，為研究石墨烯納米結構材料和拓展其性能鋪平了道路。

日本：發現粒子加速新機制，模擬粒子新形態

去年3月26日，日本理化學研究所宣布，他們的一個國際聯合研究小組成功開發出在下一代超級計算機上應用的、可模擬人腦整體神經電路的演算法。新演算法不僅可以實現節省內存，還可大幅提高模擬腦的速度。

大阪大學激光科學研究所發現了一種名為「微泡內爆」的全新粒子加速機制，即向內含微米尺寸泡（球形空洞）的氫化合物外側照射超高強度激光，氣泡在收縮到原子尺寸的瞬間發射出超高能量的氫離子（質子）。

日本理化學研究所與京都大學、大阪大學組成的研究小組利用超級計算機模擬，在理論上預言了新粒子雙重子態粒子「ΩΩ」的存在，有望闡明基本粒子夸克如何組合成物質這一現代物理學的根本問題。

俄羅斯：加大大科學裝置投入，核聚變研究更進一步

2018年，俄繼續加大在大科學裝置領域投入，並與其他國家保持密切合作。3月，來自俄羅斯、美國、以色列、德國和法國的科學家利用「重離子超導同步加速器」（NICA）在俄杜布納成功進行了首次實驗。除了研究稠密重子物質、重離子對撞之外，實驗還著眼於一個至今未研究透徹的問題：任何兩個核子之間的引力變為斥力時的相互作用。按計劃，NICA裝置整體將於2023年完工。

俄羅斯在核聚變領域的研究也取得顯著成效。俄科學院西伯利亞分院布德克爾核物理研究所啟用了新建成的開放式螺旋磁阱裝置（SMOLA），該裝置能大大提高開放式磁阱中的等離子體溫度，朝受控熱核聚變邁出了重要一步。SMOLA裝置結構更簡單、成本更低，不使用氚作燃料，能進行氘—氘等聚變反應。

此外，俄計劃在未來5年內在俄遠東符拉迪沃斯托克的俄羅斯島上建造新的同步加速器。俄希望通過該裝置的建造，使同步加速器中心成為俄亞太地區新的吸引高科技產業的中心。

以色列：量子光學成果紛呈，電子原子研究豐碩

2018年，以色列從事基礎物理研究的科學家在量子、光子、電子等領域均取得較大突破。

在量子領域，以色列和法國科學家合作，利用水罐、鏡子與相機以及數種高級複雜演算法，成功產生和捕捉到類量子真空效應，並認為這種效應發生在日常空間中。無獨有偶，研究人員發現隧道效應這一量子現象也發生在蛋白質的活動中，新發現對於生物醫學研究以及生物電子學領域都具有重要意義。此外，以色列科學家找到了捕捉和釋放單個光子途徑，其將有望在未來用於量子信息存儲以及保障量子光學系統的通信安全。

在電子領域，以色列與美國和加拿大科學家發現了電子系統的第三種噪音，它因導體不同部位溫度不同而產生，普遍存在於納米系統中。

此外，以色列和英國科學家攜手對石墨烯內釋放出電子的能量進行超精細測量時，發現了新的原子量級加熱機制，該發現有望促進石墨烯基材料技術的發展。

烏克蘭：成立跨部門委員會，加大基礎科研力度

去年7月，烏克蘭內閣批准成立了對基礎科學和應用科學研究進行評估的政府間跨部門委員會（RADU），旨在建立有效的協調系統，發展該國的基礎研究和應用研究；制訂基礎研究成果在各個領域應用的建議；促進政府不同部門與科學研究機構之間的聯繫，加強科學與教育，科學與生產之間互動和拓展;促進國際科學合作，在考慮國家利益的前提下將烏克蘭科學融入世界科學和歐洲科學研究領域中去。

8月，烏克蘭內閣再次頒布命令，將各個高校的自然科學、社會科學、工程和應用科學等7大領域基礎研究和應用科學研究項目納入由政府跨部門委員會評審的範疇，以支持並推動基礎科學研究的發展。

人機協作平台。圖片來自網路

信息技術

美國：先進計算加速發展，新型元件成績斐然

量子計算方面，英特爾公司2018年1月宣布開發出49量子位測試晶元Tangle Lake。此後科學家不斷推出新研究成果：證明「自旋—光子強耦合」可讓單獨量子比特相互作用、製造出可作量子中繼器的有瑕人造鑽石、構建模塊化量子計算架構關鍵組件、開發出使碳納米管成為量子單光子源的方法等，有力推動了量子計算系統的開發。美國國家科學技術委員會9月發布《量子信息科學國家戰略概述》，志在推動量子信息科學加速發展。

超級計算機方面，「頂點」和「山脊」兩台計算機在最新一期全球超級計算機500強榜單中分獲冠、亞軍，極大增強了美在超算競爭中的底氣；能源部4月推出耗資18億美元的百億億次級超級計算機開發計劃，更表明美追求超算領域國際領導地位的決心。

此外，美科學家在計算機元器件研發方面也成績斐然。可將數據中心帶寬提高10倍的光電子晶元、具有精準分發光信號能力的硅晶元、基於內存計算技術的AI晶元、可同時存儲和處理信息的記憶晶體管等新型元器件的問世，為新型計算機開發打下了堅實基礎。

日本：量子技術全面進步，存儲理論有新突破

大阪大學、NTT和東京大學的研究小組首次驗證了由冷卻原子構成的量子存儲器與光纖網路構成可通信波段光子的量子網路。該研究成果展示了一條實現量子中繼的新道路，為實現量子網路的遠程化開闢了新途徑，具有抵禦利用量子計算機實施的黑客攻擊能力的新一代量子密碼安全通信又向遠程化邁出了一步。

橫濱國立大學利用金剛石中氮空位中心的電子和核子的自旋作為量子比特，全球率先成功實現了室溫下完全無磁場的條件下的萬能量子門操作。這種獨特的量子比特完整量子門操作被命名為幾何學量子比特，能以更高的速度進行高精度運算。

日本理化學研究所和北海道大學等組成的聯合研究小組，發現在沒有外部磁場的狀態下也會產生磁渦旋，並查明了磁渦旋的形成機制。科學家有望以此為基礎，研發以磁渦旋為信息載體的磁存儲單元。

德國：量子計算重點發力，基礎研究瞄準未來

2018年，德國在量子計算機領域又有新的進展，康斯坦茨大學領銜的團隊開發出了一種基於硅雙量子位系統的穩定的量子門，這項研究成果被稱為通向量子計算機的里程碑；弗勞恩霍夫應用固體物理研究所開發出了一種微磁場下應用的量子感測器，可用於未來計算機硬碟識別。

在信息技術基礎研究領域，卡爾斯魯厄理工學院的研究團隊開發出了完全由金屬構成的單原子晶體管，為未來信息技術開闢了新的應用前景；凱澤斯勞滕技術大學科學家首次展示了如何在集成振幅迴路中使磁子形成電流，這一研究打開了未來磁子晶元的大門。

英國：擬建5G測試平台，超級計算模擬人腦

2018年9月，英國政府宣布，將以西米德蘭茲地域的伯明翰、考文垂、伍爾弗漢普頓3個城市為中央，設立相關測試平台，以建設較大規模的5G試點網路。

11月初，英國曼徹斯特大學科學家激活了世界上最強「大腦」——一台擁有100萬個處理器內核和1200個互連電路板的超級計算機，它能像人腦一樣運作，是迄今最準確模擬人腦的超級計算機。

韓國：基礎設施位居前列，技術研發多有亮點

信息技術是韓國的優勢領域。韓國的信息技術基礎設施繼續位居前列。2018年年初平昌冬奧會之前，韓國建成了大規模5G試驗網路，預計於2019年初期實現商用化，這一計划進展迅速。

在量子計算領域，韓國學者開發出一種量子弱測量方法，克服了海森堡不確定原理的限制，可以有效應用於量子計算機的運算過程。韓國企業成功研發出處理器「Exynos9」，其搭載了借鑒人類大腦結構的新概念人工智慧晶元，可用於手機終端並行處理大量多媒體數據。韓國開發的廣視角全息圖像技術將信息儲存量提升了100倍。

以色列：網路安全齊頭並進，無人駕駛安全先行

以色列證券管理局表示，其已開始使用區塊鏈技術應對網路安全挑戰。信息公司塔爾多經過3個月時間開發出管理局所需的區塊鏈軟體系統。以美兩國研究人員開發出可從包括「臉書」和「推特」在內的大多數社交網上發現假賬戶的通用方法，其在網路安全等領域具有廣泛的應用潛力。

為應對汽車電子系統安全性面臨的挑戰，以色列Arilou公司研發的並行防侵入系統（PIPS）能夠通過主動攔截來自汽車被「黑」電控單元的惡意指令，保護車輛整個網路的安全；GuardKnox公司藉助戰機和防空導彈系統的安全理念，為車輛提供了自動安全保護措施，在確保正常通信的同時，阻止包括網路攻擊在內的任何不當信息的傳遞。

俄羅斯：量子計算蓄勢待發，超級計算獲得突破

2018年，俄加大對量子計算機和量子通信技術的研發力度：2月在索契召開的「2018俄羅斯投資論壇」期間，俄對外經濟銀行、VEB創新公司、前景研究基金會、莫斯科國立大學和非營利組織「數字經濟」簽署協議，計劃在5年內研製出50個量子比特的量子計算機；莫斯科物理技術學院科研團隊選取碳化硅作為量子發射材料，研發出新型量子發射器，每秒可發射幾十億個單量子，可保證G量級的比特傳輸速度，未來可用於構建信息安全性更高的量子通信網路。

超級計算機方面，俄杜布納聯合核子研究所3月建成了新型超級計算機「格沃倫」，其理論浮點運算峰值為每秒1000萬億次（單精度）或500萬億次（雙精度）。

烏克蘭：信息產業老驥伏櫪，智能監測威力強勁

烏克蘭國家航空大學2018年7月研發出一款新型智能監測接收系統。該智能監測接收系統可查找和設置輻射源參數，在規定頻段內對無線電信號的使用進行監測，確定來自不同發射器的接收點處的場強；測定散熱器的參數和輻射源的坐標，識別散熱器、輻射源類型；監測雷達站、指導站、飛機與機場通信設施的無線電信標等。該系統還可進行GSM、GPRS和CDMA通信，對流層散射和衛星通信以及民用無線電、電視信號通信等。根據烏方發布的信息，該設備具有質量輕、功耗低、信號分析速度快、準確性高且便於攜帶的優勢。

2018年超級計算機冠軍。圖片來自網路

作者丨科技日報

轉自丨中國科技網

國際技術經濟研究所（IITE）成立於1985年11月，是隸屬於國務院發展研究中心的非營利性研究機構，主要職能是研究我國經濟、科技社會發展中的重大政策性、戰略性、前瞻性問題，跟蹤和分析世界科技、經濟發展態勢，為中央和有關部委提供決策諮詢服務。

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