浦东科技精英荟萃共话科创新发展新趋势

  9月27日,浦东科技精英荟萃,2016年上海院士专家峰会如期举行。此次峰会围绕“前沿技术与产业变革——重塑浦东创新发展新动力”,30多位院士专家、企业家共同探讨张江国家科学中心建设、上海建设具有全球影响力的科技创新中心等当前科技热点话题。

  科技发展新态势与创新驱动新趋势

  当今世界科技发展的大趋势是新一轮的科技革命和产业革命蓄势待发,世界各国都纷纷采取措施以抢占未来发展制高点和先机。在这样的时代大背景下,中国要实现创新驱动发展,对科技创新提出新的迫切要求,需要加强前瞻谋划,进行系统布局。

  我们国家确定了实现现代化的奋斗目标,要重新崛起为世界强国。经过改革开放以来的高速发展,我国已迈入中等收入国家行列,经济总量已经是世界第二,成为一个经济大国,但还不是一个经济强国,目前处在一个新的起点或十字路口,面临的机遇和挑战都前所未有。在实现现代化的进程当中,需要力避和克服许多风险,防止落入经济发展的“中等收入陷阱”、社会公信力的“塔西陀陷阱”、区域差距的“梅佐乔诺陷阱”、大国崛起的“修昔底德陷阱”等。实际上我国要从一个后发国家,实现伟大复兴,崛起成为世界强国,非常不容易,需要克服前进道路上可以预见和未能预见的困难和问题。未来10至20年是我们能否顺利实现现代化的一个关键阶段。对一个强国而言,经济的质量比总量更重要,历史告诉我们,无论是GDP的总量还是GDP世界排名与份额,都很难表征一个国家经济发展的质量和水平,更难反映其国家地位,先进生产力、先进文化、先进经济结构,比GDP总量更重要,在这其中科技是最具革命性的关键力量。

  科技革命源于现代化进程强大的需求驱动和知识与技术体系内在的矛盾驱动。从世界科技发展的趋势总体判断,这次科技革命很有可能发生在物质科学、生命科学等学科及其交叉领域,以绿色、智能、可持续性为主要特征。

  从宏观上看,科技整体呈现出多点突破,交叉汇聚的态势,许多基本科学问题面临突破。

  新一代信息技术的快速发展与创新模式变革将推动科学技术的深刻变革,与用户创新、开放创新等模式创新结合,将为科学技术带来变革性的影响,体现在将会引发互联网、神经科学、计算科学等和其他技术高度融合的颠覆性创新。同时推动开放式、大众式新型科技创新模式的形成和发展。

  人类可持续发展的需求将催生相关领域的科技突破,并引发对科技风险的反思。现在遇到很多发展的瓶颈问题,无论是环境的、健康的、资源的、能源的问题,实际上蕴含着大量的共性科学技术问题,迫使人类谋求科学突破和重大技术变革,推动更多学科领域的协同创新、交叉发展。

  科技双刃剑的特点更加凸显,为谋求可持续发展,低风险技术研究引起重视。转基因、核能、机器人在造福人类的同时,可能引发新的伦理问题或社会风险,带来非传统安全问题,促使人类对技术的反思和低风险技术的发展。

  物联网、服务与制造业的结合,将引发生产方式和商业模式的变革,孕育新的经济增长点。

  经过众多专家研判,预见了未来5到10年世界可能发生的22个重大科技突破,也就是在世界范围内产生广泛影响的科技活动及其成果。在基础交叉前沿、信息、能源资源、材料制造、人口健康、空天海洋等领域都做出了判断,如:包括量子通信、量子计算、量子模拟在内的量子信息技术将会成为下一代信息技术的先导和基础,基于干细胞的新的生命繁衍方式将会出现,个体化诊断和治疗技术将取得突破等,这有助于我们选择优先发展领域和战略重点,为国家做好规划布局提供科学依据,引导社会创新资源的有效聚集,提高创新效率,取得重大科技突破。

  我举几个例子,如:未来石墨烯将成为“后硅时代”的新潜力材料,ITRS(国际半导体技术路线图)预测,2024年前后石墨烯器件可望替代CMOS器件(碳器件时代);光合作用及“人造叶片”将可能取得革命性突破,大幅度提高农作物及资源植物的光能利用效率;人机物三元融合将促进信息服务进入e-People时代,综合利用人类社会、信息空间、物理世界的资源,e-People会为人的自由而全面的发展和创造、享受更高质量服务起到一个很好的支撑。

  中国科技创新正在深刻改变世界的创新版图,处在从量的积累向质的跃升转变、点的突破到系统能力提升的关键阶段。但是,我国原始创新能力不强、关键领域核心技术仍受制于人,科技供给不能有效满足经济社会发展和国家安全需求,成为我国经济社会发展的“阿喀琉斯之踵”。

  其中,非常重要的问题是创新的路径依赖问题。

  一是创新路线的路径依赖。许多研发课题往往是跟踪国际热点、国际前沿,技术路线往往也是跟踪模仿,较少自主提出的科学思想、研究方向、技术路线,也较少从经济社会发展和国家安全需求中凝练出的重大科学问题和核心技术问题。许多研究往往是从“1到N的拓展创新”,缺少从“0到1的元创新”。因此,在创新的源头上失去了先机,原创性、独创性不够。

  另一个依赖就是产业发展和技术发展的路径依赖。我们的产业有多少源头技术在国内?这就造成一个问题,我们不断地引进很好的技术和装备,但是引进之后,在消化吸收基础上的再创新不够,只能跟着国外的技术,引进一代又一代,缺少超前一步的关键核心技术。许多关键产业领域未能创造出自主知识产权的产业技术体系,使我国许多产业技术含量不高、大而不强。

  我们应当致力于突破创新的路径依赖,关键是要找准核心的科技问题,制定重要领域科技发展路线图,制定产业和技术发展的路线图,制定新兴技术和产业发展的路线图。

  要在事关经济社会发展全局、事关全面建成小康社会、事关现代化建设的重要领域,构建创新引领和支撑中国创造的四大技术和产业体系,包括:创新引领和支撑“中国创造”的技术和产业体系、创新引领和支撑“美丽中国”建设的技术和产业体系、创新引领和支撑“健康普惠中国”建设的技术和产业体系、创新引领和支撑“安全中国”建设的技术和产业体系。从构建创新引领和支撑“中国创造”的技术和产业体系来说,要推动信息网络技术和制造技术、材料技术、农业技术等技术的融合,发展智能制造、绿色制造、网络制造、柔性制造,促进制造业、农业、现代服务业等产业升级。使生产更加智能化、自动化、个性化、实现中国制造到中国创造的跨越式发展。

  量子通讯、量子计算的若干进展

  未来我们希望能够通过将近十年或者二十年左右的努力,能够构建天地一体的全球化的量子通信网络,最后能够构建基于量子通信安全保障的未来的互联网。

  上一世纪物理学有一个重大的发现,就是量子力学的建立。这里面我愿意特别提到的是量子力学对于信息科技的发展的影响。尽管每天都在用计算机,但是其实我们现在意义上第一代的通用计算机,是在研究核武器的过程当中诞生的。因为当时在做研制的过程当中需要做一些非常复杂的计算,这些计算用算盘打,或者用笔拿来算是算不动的。当时提出了“现代通用计算机”的概念,所以量子力学很早的时候,就跟信息科技联系在一起了,大概在七八十年前。另外互联网的诞生也涉及到每天的生活了,很大程度上也是跟量子力学应用紧密相关。

  信息科技进一步发展,目前遇到了一些瓶颈。第一个就是尽管在大数据时代,我们对计算能力的需求是与日俱增,但是目前拥有的计算能力,用数字来表示还相当有限。另外,我们也遇到非常严重的信息安全问题。不管怎么说,窃听从终端、发射端到接收端到服务器转发当中是无处不在。

  非常有意思的是,量子力学一方面催生了现代信息科技的发展,同时量子力学经过进一步的发展,已经为这些问题的解决做好了准备。

  利用量子计算和量子模拟,我们能够来实现计算能力的飞跃,同时也能够有效地揭示复杂物理系统的规律,这是这个领域的两方面主要内容。第一个就是可以利用量子不可分割性和量子叠加原理来实现量子的分发,除非你整个网络都被别人控制,只要有一条路没有被窃听,我就可以实现安全的密钥分发,密钥分发完成之后就能因时因地完全随机加密。

  利用量子叠加原理和量子不可分割性,做经典信息的安全传输之外,其他也可以做所谓的量子隐形传态的传输,用这样的方法就可以把一个复杂客体的信息全部都送到另一个目的地,这种送一个非常复杂客体的状态,目前来说也许还需要50年甚至100年才能够实现。当有很多小颗粒所组成的一个网络,这个信息可以在网络里面走来走去的话,我们已经可以来做一些所谓的分布式的量子信息处理。当你能够实现分布式的量子信息处理的时候,其实就可以来做一些有意思的事情,这就是量子计算。

  量子计算的基本原理是这样的,我们在经典世界里的一个比特只能处于0和1状态,比如开和关,如果有100个比特,你就只能处于2的100次方的状态里面的某一种。但是到了量子世界,如果说你有100个粒子,这100个粒子的状态在物理体系里面是同时存在的,同时都存在的话,就可以实现所谓的“量子并行”计算,即使是300位这么长的数据,通过万亿次的量子计算机,利用并行计算,只需要1秒钟就可以了。

  我们希望能够通过将近十年左右的努力,能够来产生100个粒子的纠缠,当能够产生100个粒子纠缠的时候,它的计算能力在某些特定问题上,就可以达到目前全球计算能力的总和。而量子计算大概可以达到它的百万倍,量子计算的模拟会在不久的将来起到比较好的作用。

  我们在2007年把安全的距离,由从前的10公里拓展到100公里和200公里,而且点对点之间都可以实现每秒钟几千个密钥的分发,现在已经把探测器无关的密钥分发扩展到点对点,这么一来发射端是安全的,接收端也是安全的,已经比较好地建立起了量子密钥分发的安全性。

  我国首颗量子科学实验卫星已经发射,最终希望不用卫星也能在地面上做几千公里、几万公里实验,所以我们从2003年开始量子中继研究,刚刚实现了能够满足500公里量子中继的需求。

  国际方面,世界各国都非常重视量子通信。未来我们希望能够通过将近十年或者二十年左右的努力,能够构建天地一体的全球化的量子通信网络,最后能够构建基于量子通信安全保障的未来的互联网。

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