文·姜念云本報記者 滕繼濮

　　你開著混動汽車，通過導(dǎo)航儀找到了特色參觀，你在堅固溫暖的房子里用手機查看著一周的天氣預(yù)報，你足不出戶就能通過電商買到國外的牛奶，你坐在影院里一邊吃著爆米花一邊看著最新的3D大片……

　　雖已習(xí)以為常，但我們的生活已確實都被這些曾經(jīng)的先進技術(shù)改變了。在2015年的關(guān)口猜想，下一次是誰要改變我們？

　　記者了解到，近期科技部高技術(shù)中心，根據(jù)國家軟科學(xué)研究計劃項目“世界高技術(shù)發(fā)展趨勢跟蹤研究”的任務(wù)要求，組織信息、材料、能源、先進制造、交通及基礎(chǔ)研究等領(lǐng)域，來自863、973計劃專家組，以及有關(guān)高校、研究院所和重點企業(yè)的總計230多名專家，采用文獻計量和定性分析相結(jié)合的方法，通過對相關(guān)領(lǐng)域具有領(lǐng)先優(yōu)勢的國家與企業(yè)的有關(guān)科技計劃、規(guī)劃、發(fā)展動態(tài)和戰(zhàn)略部署的梳理，以及對相關(guān)核心期刊、國際學(xué)術(shù)會議等的學(xué)術(shù)文獻資料信息的統(tǒng)計分析，提出了各領(lǐng)域當(dāng)前十個左右共計61個前沿?zé)狳c。

　　經(jīng)過進一步凝練，他們提出了當(dāng)前十大最具備變更潛質(zhì)的前沿技術(shù)。

　　 1.

　　碳基納米材料

　　碳基納米材料是指具有獨特微結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的碳材料，主要包括石墨烯碳、納米管及碳量子點三類材料。其中，石墨烯是目前已知最薄的材料，具有高導(dǎo)電性、高韌度、高強度、超大比表面積、突出的導(dǎo)熱性能等特性；碳納米管具有巨大的長徑比、高界面原子比例、原子排列可變且界面晶格互不關(guān)聯(lián)等特性；零維碳量子點有別于傳統(tǒng)具有毒性的量子點，它具有環(huán)境友好，生物相容性好，熒光強度高、不閃爍等獨特優(yōu)勢，還是一種極佳的發(fā)光材料。

　　碳基納米材料已成為全球科技和產(chǎn)業(yè)競爭最激烈的研究領(lǐng)域之一，備受科學(xué)界、產(chǎn)業(yè)界和各國政府的高度重視。隨著碳基納米材料不同制備技術(shù)和后續(xù)應(yīng)用技術(shù)的逐漸成熟，將在半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)、光伏產(chǎn)業(yè)、新型儲能材料、生物制藥、復(fù)合材料、航天、軍工、新一代顯示器等多個傳統(tǒng)和新興產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域帶來革命性的技術(shù)變革，成為下一個千萬億級的產(chǎn)業(yè)。

　　2.

　　半導(dǎo)體納米材料

　　三維空間尺度至少有一維處于納米量級（小于100nm）的半導(dǎo)體材料稱為半導(dǎo)體納米材料。由于尺寸及量子限域等效應(yīng)的存在，半導(dǎo)體納米材料具有一些體材料所不具備的獨特性質(zhì)?；谶@種特性，可以設(shè)計、制備性能更為優(yōu)異的器件。因此，半導(dǎo)體材料性能在納米層面的優(yōu)化與應(yīng)用拓展始終是半導(dǎo)體材料研究的熱點之一。同時，半導(dǎo)體納米材料與新能源、生物技術(shù)等新興方向的交叉融合，也衍生出了一系列新的研究熱點。

　　半導(dǎo)體納米材料與技術(shù)正在以前所未有的深度和廣度改變著世界，并在科技方面開辟了認識自然的新層次。半導(dǎo)體納米材料帶來的各種新原理、新應(yīng)用、新器件，極大地豐富、改變了半導(dǎo)體學(xué)科的研究面貌，在諸多領(lǐng)域引發(fā)了新的技術(shù)革命，成為當(dāng)今最富活力高新技術(shù)領(lǐng)域之一。

　　 3.

　　突破衍射極限的光學(xué)光刻技術(shù)

　　作為微納信息器件制造的先導(dǎo)和主流技術(shù)，光學(xué)光刻技術(shù)發(fā)展正面臨著原理性障礙：光學(xué)光刻分辨力這一核心技術(shù)指標(biāo)的提高受到衍射極限的限制。表面等離子體成像光刻技術(shù)、表面等離子體局域光刻技術(shù)等以突破衍射極限，建立超分辨成像光刻理論和技術(shù)體系為目標(biāo)的技術(shù)熱點，已成為信息領(lǐng)域的重大科學(xué)技術(shù)問題之一。

　　這些技術(shù)一旦成熟，可提供小于32nm、22nm甚至10nm節(jié)點以下的光學(xué)光刻技術(shù)，從而有望解決國際上傳統(tǒng)光刻技術(shù)路線衍射受限的理論和技術(shù)困境，成為新的光學(xué)光刻方法和工具。

　　 4.

　　激光微納制造

　　激光微納制造是微納制造技術(shù)的重要部分。激光微納制造是通過激光與材料相互作用，改變材料的物態(tài)和性質(zhì)，實現(xiàn)微米至納米尺度或跨尺度的控形與控性。由于激光微納制造在能量密度、作用的空間和時間尺度、制造體吸收能量的可控尺度都可分別趨于極端，而使制造過程所利用的物理效應(yīng)、作用機理完全不同于傳統(tǒng)制造，其制造復(fù)雜結(jié)構(gòu)的能力與品質(zhì)遠高于傳統(tǒng)制造，由此產(chǎn)生了一批新技術(shù)（如光刻、近場納米制造、干涉誘導(dǎo)加工、微焊接等）、一批新產(chǎn)品（如大規(guī)模集成電路、MEMS/NEMS等）、一批產(chǎn)品的高性能化（如航空發(fā)動機、燃氣輪機、太陽能電池等）和相應(yīng)的高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)群。

　　激光微納制造涉及光學(xué)、物理、材料、化學(xué)、生物、信息、控制、機械、納米科技等學(xué)科，必將推動制造及相關(guān)學(xué)科的深入發(fā)展。并為能源、航空、IC制造、國防、汽車、生物、醫(yī)療等領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)跨越式發(fā)展提供重要的制造支撐。

　　 5.

　　光電子集成芯片技術(shù)

　　光電子集成芯片技術(shù)是將光電材料和功能微結(jié)構(gòu)集成在單一芯片上，實現(xiàn)系統(tǒng)功能的新技術(shù)。即將多個光電子分立器件，如激光器、光調(diào)制器、光探測器、光放大器和解復(fù)用器等通過合理的優(yōu)化、設(shè)計、工藝加工和封裝，集成到單一芯片上。

　　光電子集成芯片能夠發(fā)揮高密度集成、價格低廉，以及光子極高帶寬、超快傳輸速率和高抗干擾性的優(yōu)勢，具有低功耗、高速率、高可靠、小體積等突出的優(yōu)點，在光傳輸、光信息處理與交換、光接入以及光與無線融合等領(lǐng)域的關(guān)鍵環(huán)節(jié)具有重要作用，是突破信息網(wǎng)絡(luò)所面臨的速率和能耗兩大技術(shù)瓶頸的必由之路。光電子集成芯片技術(shù)在光傳感、光計算、生物傳感、醫(yī)藥、農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域也有著廣泛的應(yīng)用前景?？梢灶A(yù)見光電子集成芯片技術(shù)對于光電子領(lǐng)域的發(fā)展，將會帶來一次具有里程碑意義的變革。

　　6.

　　后摩爾時代三維互連集成及芯片設(shè)計

　　三維集成電路（3DIC）是指將兩層甚至多層集成電路部件通過垂直或水平互連集成為一個芯片。三維集成電路和三維封裝之間的區(qū)別在于是否整合為單一芯片。三維封裝指多個芯片封裝在一個管殼內(nèi)，芯片與芯片之間通過片外互連連接。

　　三維集成電路（3DIC）可以有效緩解了CPU的“存儲墻”問題，使DRAM訪存時間縮短了50倍，極大緩解了存儲墻的限制；將帶動相關(guān)材料、制造、封裝和測試技術(shù)的發(fā)展；帶動小型化集成電路應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展，從而為汽車電子、人體穿戴式設(shè)備和植入式應(yīng)用打開了大門。

　　3DIC是下一代集成電路的根技術(shù)，對于電子系統(tǒng)小型化、低功耗和高性能都將產(chǎn)生重要影響，可能帶來中央處理器（CPU）、系統(tǒng)芯片（SOC）體系架構(gòu)的演進，工藝和封裝及EDA技術(shù)的革新。3DIC發(fā)展和應(yīng)用前景廣闊，將對智能手機、醫(yī)療電子、高性能計算、物聯(lián)網(wǎng)、汽車電子、監(jiān)控和安全等產(chǎn)業(yè)格局引發(fā)深層次影響。

　　7.

　　碳化硅電力電子器件技術(shù)

　　碳化硅電力電子器件是有別于傳統(tǒng)基于硅材料的、具有寬禁帶的電力電子器件。

　　碳化硅電力電子器件的重要系統(tǒng)優(yōu)勢在于具有高壓（達數(shù)萬伏）高溫（大于500℃）特性，突破了硅基功率半導(dǎo)體器件電壓（數(shù)kV）和溫度（小于150℃）限制所導(dǎo)致的嚴(yán)重系統(tǒng)局限性，從而使碳化硅電力電子器件能夠滿足能源轉(zhuǎn)換對高壓、大容量、高頻、高溫的功率半導(dǎo)體器件的需求，提高電力電子裝置的效率，減少系統(tǒng)損耗，達到顯著的節(jié)能效果；并大幅度減少電力電子裝置中的各類變換器的體積，大大提升裝備的機動性、靈活性。

　　碳化硅電力電子器件由于其優(yōu)異的性能，被譽為帶動二十一世紀(jì)“新能源革命”的“綠色能源”器件。

　　 8.

　　量子通信技術(shù)及與經(jīng)典通信的融合

　　量子通信又稱量子隱形傳送，是由量子態(tài)攜帶信息的通信方式，它利用光子等基本粒子的量子糾纏原理實現(xiàn)保密通信過程。

　　量子通信是一種全新通信方式，它傳輸?shù)牟辉偈墙?jīng)典信息而是量子態(tài)攜帶的量子信息，是未來量子通信網(wǎng)絡(luò)的核心要素。從物理學(xué)角度，可以這樣來想象隱形傳送的過程：先提取原物的所有信息，然后將這些信息傳送到接收地點，接收者依據(jù)這些信息，選取與構(gòu)成原物完全相同的基本單元（如：原子），制造出原物完美的復(fù)制品。量子通信技術(shù)基于量子物理學(xué)的基本原理，克服了經(jīng)典加密技術(shù)內(nèi)在的安全隱患，為迄今為止唯一被嚴(yán)格證明是無條件安全的通信方式。

　　量子通信是最先走向?qū)嵱没牧孔有畔⒓夹g(shù)。發(fā)展并裝備量子通信技術(shù)，實現(xiàn)量子通信與經(jīng)典通信技術(shù)的融合，對于實質(zhì)性地提升國家的信息技術(shù)水平和信息產(chǎn)業(yè)的核心競爭力，實現(xiàn)信息系統(tǒng)建設(shè)的跨越式發(fā)展，及國防、金融、政務(wù)等領(lǐng)域的信息安全保障都具有重要作用。

　　9.

　　軌道角動量通信技術(shù)

　　未來的電磁波通信技術(shù)如何尋找新的物理參數(shù)維度，如何在有限頻譜資源內(nèi)滿足通信容量呈數(shù)量級增長的需求，是一個重大的科學(xué)和技術(shù)挑戰(zhàn)，必須從物理層面尋找新的原理。光束除了具有與量子自旋有關(guān)的角動量以外，還有一種是由于光束具有螺旋形相位結(jié)構(gòu)而產(chǎn)生的軌道角動量（OAM，Orbital angular momentum），因此OAM被稱為光子（或電磁波）的最后一個基本參數(shù)，并且尚未被應(yīng)用于通信。

　　在OAM這一電磁波的基本物理參數(shù)維度上，發(fā)掘未來通信系統(tǒng)容量呈數(shù)量級擴展的容量資源、基本原理和核心技術(shù)，與已經(jīng)利用的容量資源結(jié)合，可能大幅度新增容量。該技術(shù)的發(fā)展，對于緩解移動通信系統(tǒng)的大容量需求和頻譜資源受限的矛盾，支持移動互聯(lián)網(wǎng)的普及，具有重要作用。

　　 10.

　　泛在感知與全分布控制技術(shù)

　　1988年，普適計算之父Mark Weiser第一次將“泛在”一詞用于計算器和網(wǎng)絡(luò)中，他將泛在計算定義為“一種使用物理上的多臺計算器加強計算能力，同時讓用戶無感知地使用的方式”；并預(yù)言了未來的網(wǎng)絡(luò)模式：“網(wǎng)絡(luò)如同空氣和水一樣，自然而深刻地融入人類的日常生活和工作中?！边@就是泛在網(wǎng)的作用。

　　隨著無線技術(shù)、傳感技術(shù)和芯片處理技術(shù)的發(fā)展，使得泛在感知成為可能。如果說泛在網(wǎng)是ICT社會發(fā)展的最高目標(biāo)，物聯(lián)網(wǎng)則是泛在網(wǎng)的初級和必然發(fā)展階段，而傳感器網(wǎng)則是物聯(lián)網(wǎng)的延伸和應(yīng)用的基礎(chǔ)。

　　泛在感知網(wǎng)絡(luò)不僅僅是基礎(chǔ)的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架，同時也能向其他行業(yè)提供信息通訊服務(wù)，實現(xiàn)對信息的綜合利用，提升個人、企業(yè)、家庭的生活品質(zhì)及工作效率；數(shù)字化、多媒體化的信息服務(wù)將融入人們?nèi)粘９ぷ?、生活中，并起到方便生活的作用?/p>