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中科院院长白春礼:科技创新的主要发展趋势和重点突破方向

发布时间:2020-03-25 14:29:22 观看次数:147

“人工智能的发展带动了新一轮科技革命,未来十年全球人工智能产业将进入一个高速的增长期。麦肯锡预测,到年,大约%的公司将会采用人工智能,人工智能新增经济规模将达到万亿美元。”月日,中国科学院院长白春礼在“《财经》年会:预测与战略”上如此表示。

中国科学院院长白春礼

白春礼认为,科技创新已经成为影响和改变未来世界发展格局的关键力量,其主要对信息科技生命健康基础研究三个重点领域的进展和趋势作出分析和展望。

第一,关于信息技术领域的重要进展和趋势。

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及时的智能响应,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。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。

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。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,预计到年将达到万亿,中国数据量将占全球近%,大数据将带动全球增长超过%。

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。

白春礼指出,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和可用性安全性,加快进入大规模商业化应用阶段,成为数字经济进一步深化发展的重要增长点。

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。基因编辑技术自上世纪年代出现以来,不断改进和发展,已广泛应用于生命科学研究和临床研究。此外,脑科学被看作是自然科学研究的“最后疆域”。

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。其中,合成生物学被誉为是继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。

第三,关于基础研究的重要进展和趋势。

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。

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。

以下为白春礼发言实录:

各位来宾,女士们先生们:

大家上午好!很高兴参加今年的财经年会,与政商学界的专家们共同交流研讨,分析全球热点,展望全球及中国的经济政治社会科技的新趋势。借此机会我主要谈一点对当前科技发展新趋势的认识。

大家都知道也都切身感受到,世界科技发展日新月异,在各个方面都深刻影响和改变了我们的生活。在当前百年未有之大变局下,可以说,科技创新已成为影响和改变未来世界发展格局的关键力量。最近几年,关于科技创新讨论最多的各方面都非常关心的,就是新一轮科技革命和产业变革以及可能带来的深远影响。欧盟兰德公司等,都对此发布了一系列分析报告。我院也组织了一批高水平院士和科技专家,系统分析了若干重大领域创新的主要趋势和重点突破方向。

结合各方面的研究成果和我的一些思考,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。

第一,关于信息技术领域的重要进展和趋势。

信息化数字化网络化智能化是引领当前科技变革的时代大潮,半导体产业是顺应这一时代潮流的根基性战略性和先导性产业,是衡量一个国家科技发展水平乃至综合国力的重要指标。最近几年,随着芯片与元器件超级计算新一代信息网络技术的广泛发展,为人工智能大数据区块链等新技术加速发展带来广阔的前景,由此也引发了新一轮的创新创业热潮,对全球经济发展格局产生深远影响。

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。目前纳米芯片已开始应用,纳米芯片已经开始试产,纳米芯片也正在研发。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。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~倍的速度和能耗优势,可以实现以下的半导体技术节点,满足年之后新型半导体芯片的发展需求。当前碳基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。年,美国发布新一代超级计算机“顶点”,运算能力每秒亿亿次,超过我国曾经连续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,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万次的任务只需要秒,而世界最强超算需要万年。当然对于这一成果各方面还有不同的看法,实现真正意义上的通用量子计算机还有很长的路要走。

新一代网络通信技术发展进入快车道。年月日,全球网络正式启动。的地址长度为位,是的倍,其地址数量近乎无限。通信技术已经开始大规模应用,其数据速率是的百倍以上,传输延迟在毫秒以下,能够支持在一平方公里内连接万台设备。由于这些明显的技术优势,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的智能响应,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,到年,约%的公司将采用人工智能,人工智能新增经济规模将达到万亿美元。

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在走进我们的生活。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.%,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到人工智能系统中,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。年,我院成立了“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。

现在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,预计到年将达到万亿,中国数据量将占全球近%,大数据将带动全球增长超过%。

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的资金和研发投入。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,医疗领域未来年因采取大数据技术,将减少/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,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和可用性安全性,加快进入大规模商业化应用阶段,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,我们移动互联网用户数量巨大在线支付等应用普及,在数字货币供应链数字政务社会公共服务等多个领域已经有一定的应用基础,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。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。

有人说世纪是生命科学的世纪。在创刊周年公布的个最具挑战性的科学问题中,%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,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,年全球完成人类基因组测序花了年耗资亿美元,目前只要几百美元小时左右就可完成。

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。月日,我院研发的抗阿尔茨海默症新药获批上市。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。年,诺华推出了世界首个基因疗法,经美国正式批准上市,用于治疗急性淋巴细胞白血病。我国也有疗法已经上市,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(批准上市的两个产品价格分别为.万美元和.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。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.%,而暗物质占到.%,暗能量占到.%。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。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。今年月日,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万光年质量为太阳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。年,美国激光干涉仪()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。我院建设的米口径球面射电望远镜()——“中国天眼”,是目前世界上最大单口径最灵敏的射电望远镜,接收面积达到万平方米(相当于个足球场),将在未来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(),接收面积达平方公里,这是有史以来建造的最大的天文装置,预计年前后投入使用,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。

年,科学家依靠大型强子对撞机()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,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。

谢谢大家!

《财经》年会:预测与战略由《财经》杂志财经网主办,于月日日在北京举行。

(嘉宾观点据现场发言整理,未经发言人本人确认)

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