赠书福利丨2023世界前沿技术发展报告

（一）前沿技术创新释放聚合效应，范式转换成为科技进步加速器

随着新一代信息技术、新能源、新材料、生物医药、绿色低碳等交叉融合为特征的新一轮科技革命和产业变革蓬勃发展，前沿技术深度交叉融合成为推动前沿科技发展的动力，正释放出更大的聚合效应。例如，人类的创造性与人工智能相互促进，正深刻改变科技发展的进程，可望产生颠覆性技术。创新范式呈现发散式转换，科技领域出现多技术交叉融合、齐头并进的链式变革，前沿技术迭代周期明显缩短。

基础研究取得突破性进展。人工智能、先进计算、先进材料等新兴技术成果的应用，推动基础科学研究取得更多突破性进展。例如，美国联合研究团队基于纳米柱镶嵌表面技术与光相互作用技术发明的“光镊”，首次成功捕获单个原子，为原子级科学实验带来革命性进展；加州理工学院科学家使用谷歌量子计算机首次模拟出“全息虫洞”，或将解决现代物理学中关于量子力学与广义相对论的矛盾；美国能源部布鲁克海文国家实验室（Brookhaven National Laboratory，BNL）利用人工智能驱动技术，发现了3种新的纳米结构。日本国立天文台计算天体物理中心使用超级计算机首次观测到中子星合并产生的稀土元素，将极大推动关于宇宙产生大量重元素的研究；ESMFold、AlphaFold等人工智能系统预测蛋白质构成的突破，大幅提高了人类分析地球生命起源与发展的进程，使人类对生物结构的理解进入全新时代，未来或可出现人造生物。

应用研究取得里程碑式成果。例如，美国国家点火装置（NIF）有史以来第一次成功在核聚变反应中获得“净能量增益”，在实现人类获得零碳排放新型永续能源的进程中迈出关键一步；美国国家标准技术研究院（NIST）研发出以RNA为核心的可长时间在细胞内存活的生物计算机，有望为人类疾病治疗带来划时代的改变。德国柏林工业大学（Technische Universität Berlin）研究团队使用多层前馈DNN完全折叠方法创建的人类神经“网络”，有望超越人脑，成为世界上最强大的神经网络。芬兰为首的多国团队合作研制出新超导量子比特“独角兽”，以99.9%的置信度实现了量子逻辑门，成为构建商用量子计算机的具有重大里程碑意义的成果。以色列魏茨曼科学研究所（Weizmann Institute of Science）使用干细胞在实验室里培育出具有大脑雏形的胚胎，在培育合成器官上实现了重大飞跃。韩国则成功开发出基于液态金属颗粒组装网络的复合电极，将极大促进可穿戴和植入式电子设备的开发和商业化应用。

人工智能推动技术迭代提速。例如，美国开发的一种几何深度学习模型“EquiBind”，较以往方式快1200倍，极大地提升了分析发现潜在新药分子的速度；Meta公司研发的ESMFold能成功预测6亿多种蛋白质的结构，不仅种类远超AlphaFold2，速度更是其60倍；Meta公司发布多模态自监督学习框架data2vec 2.0，使传统训练效率最高可提升16倍以上。欧洲物理学家应用人工智能成功将一个需要10万个方程的量子问题，压缩为只需4个方程的小任务。

技术革新产生新的发展方向。在半导体方面，美国Zyvex Labs公司宣布研发出一种新的光刻系统，采取新的电子束光刻（EBL）技术，制程精度远超EUV光刻机。在硬件架构方面，美国Cerebras公司发布了Andromeda超级计算机，采取了与通用GPU集群不同的特定架构，不仅使能耗下降且算力水平是目前最强超算Frontier的1.6倍。在碳捕集工艺方面，美国能源部太平洋西北国家实验室（Pacific Northwest National Laboratory，PNNL）开辟了一个新的二氧化碳转化化学领域，推出迄今为止成本最低的碳捕获系统。在人工智能技术进步方面，OpenAI开发的新一代人工智能绘画工具DALL-E 2可以将文本提示准确转化为可编辑的逼真图像；OpenAI开发的第四代大型语言模型ChatGPT出现颠覆式的迭代，已具备基本的人类交流与理解能力，甚至更强。在脑机接口方面，美国Precision Neuroscience公司研制出半侵入式脑机接口设备，厚度仅为发丝的1/5，可贴合于大脑表面，成为大脑皮层“第七层”。