2018年世界科技发展回顾

企业快讯网 2019-09-09

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本文从科技政策、基础研究、信息技术、人工智能与先进制造、空间技术、能源环保等六个领域,回顾了2018年世界主要国家的科技发展。本文来自:科技日报-中国科技网,由无锡市信息技术应用协会公号推荐阅读。

2018年世界科技发展回顾


2019年或许会很不平常,只因2018年世界主要国家之间关系风云变幻,让科技领域也弥漫着暗战的味道。美国制定一系列政策维护其“美国优先”,英国投巨资保持其“全球研究人才之家”地位,德国也出台了《高科技战略2025》报告……具体到各学科领域,跨界联合渐成趋势,行业布局合纵连横。值此新年伊始,总结过去能帮我们更好地面对未来。


一、科技政策


美国:推出多项科技战略,开启量子“登月计划”


基于“美国优先”理念,美政府2018年相继推出太空、生物、网络等多项科技战略;在具体项目上签署国家量子法案等,力图继续巩固美国科技优势地位。


2018年3月公布的《国家太空战略》将保持美在太空中的实力和竞争力置于优先地位;特朗普在5月和6月接连颁布两个太空政策指令:一方面鼓励私营部门参与美国空间探索任务;另一方面声称要减少太空轨道碎片威胁,力图主导国际空间交通管理。


2017年9月发布的《国家生物防御战略》为维护美国生物安全制定5大目标,并要求成立高规格生物防御指导委员会,负责监督和协调联邦机构和情报界的工作,评估和打击针对美国的生物威胁。9月还出台了《国家网络战略》,提出未来在网络空间巩固美国利益,维护网络安全的优先选项,同时明确美将在网络空间扩张其国际影响力的意图。


在具体科研项目上,美政府推出了一系列政策。如12月发布的国家量子法案,全方位加速量子科技的研发与应用,开启量子领域的“登月计划”,力图确保美在量子信息科学这一“下一场技术革命”中的全球领导地位;同月,特朗普还签署总统备忘录,责成相关部门制定国家频谱战略,以引导美国未来几年的5G网络建设。


英国:启动研究创新计划,支持前沿技术发展


英国国家科研与创新署(UKRI)去年6月启动“未来领导者研究基金计划”,旨在保持英国作为“全球研究人才之家”的地位。该计划将在未来11年获得总额9亿英镑的资助,3年内将启动6项资助,至少550名研究人员受益。


英国自去年7月发布了一系列支持自动驾驶汽车、车联网、清洁能源车辆等技术发展的计划。《移动未来》《最后一英里》等文件,将清洁能源车辆、自动驾驶、车联网等列为未来交通发展的重要趋势。政府决定拨款支持6个自动驾驶汽车相关研发项目。


为支持量子技术发展,英政府2018年10月在2019年预算报告中提出,将拨款2亿多英镑;同年11月宣布将拨款2000万英镑,支持量子传感器、微型原子钟原型、低成本集成芯片和先进接收机等4个量子技术应用项目的研发,以开发适用于通信、测绘等领域的设备原型。


为应对气候变化,英政府11月宣布,本世纪20年代中期将投入运营首个碳捕捉、储存以及利用项目,准备工作从2019年启动,最终目标是到2030年在英国大规模应用碳捕捉技术。


德国:出台高科技战略,加大AI战略实施


2018年德国科技政策最重要的内容之一是出台《高科技战略2025》报告,为德国未来七年高科技创新制定了目标。根据这项战略,德国将在零排放智能化交通领域,推动“安全、网络化清洁交通”的灯塔项目,并支持车用电池生产和合成燃料研究,还将实施一项“自动驾驶”行动计划。在健康和护理领域,实施“国家十年”抗癌计划,为“预防和个性化医疗”开发数字解决方案;在可持续气候保护和能源领域,大幅减少塑料使用对环境的污染,借助大数据和绿色技术,进一步实现工业温室气体中性化;在数字安全领域,将开发“全新的整体IT安全解决方案”,其中量子通信将发挥重要作用;在自动化和先进制造领域,将建立若干卓越中心和尖端研究集群。


作为欧盟内经济和科技实力最强国家,2018年德国在人工智能(AI)领域加大了政策推进力度。德政府宣布到2025年将投入30亿欧元用于人工智能战略的实施,重点资助在人工智能领域新增100名教授和扩展人工智能中心的建设,新的技术将更贴近服务中小新型企业。政府还发表了《联邦政府人工智能战略关键点》《人工智能对德国经济潜在目标》研究报告,举办首次人工智能峰会,推进德国人工智能合作平台的运作。德国确定将重点发展人工智能在工业、交通、医疗和能源领域的研发和应用,另外还将加强人工智能在隐私、法律和道德影响方面的研究,关注新技术的两面性和制定法律框架。


日本:重视科技解决问题,致力“社会5.0”计划


日本为实现“社会5.0”(Society 5.0)计划,充分利用物联网、大数据、人工智能及机器人等技术,实现网络空间与现实世界高度融合的社会,为有需求的人及时提供物质和服务。为此,日本强调利用科学技术解决包括能源制约、少子高龄化等复杂问题,进一步加强基础力量,力图使日本成为“世界上最适宜创新的国家”。


不过,2018年,日本也已意识到科学论文数量减少,以及与其他国家论文数增加相比排名落后的现象。文部科学省所属科学技术学术政策研究所报告称,化学(-12%)、材料科学(-23%)、物理学(-27%)领域的论文减少幅度惊人。、


韩国:改革体制出台计划,力争科技创新国家


“第四次工业革命引领的创新国家”执政理念成为文在寅政府科技和产业政策的基调。2018年,韩对科技体制进行大刀阔斧的改革和调整,新设总统直属的“第四次工业革命委员会”,整合成立国家科学技术咨询会议,科技主管部门“未来创造科学部”更名为“科学技术信息通信部”,赋予科研预算管理、大型科研项目可行性分析等重要职权,“中小企业厅”升格为“中小风险企业部”,加强对中小企业和风险企业的支持。


去年初发布的《第四期科学技术基本计划(2018—2022)》是韩国第四个科学技术五年计划,以“科技改变国民生活”为主旨,对今后五年科技重大战略进行了具体规划。计划选定了120个重点科技项目,其中人工智能、智慧城市、3D打印和大气污染治理等12项为首次入选。


同期发布的《2019政府研发投资创新方案》明确了科研预算的使用原则,对重点领域和主要研发计划、政府资金的扶持方向等进行了细化,突出了12个政府主导的重点研发方向。


俄罗斯:强调科技发展新理念,建设世界级科教中心


俄总统普京在去年3月国情咨文中阐述了俄科技发展新理念和主要思路,包括最短时间内创建先进立法框架、实施第五代数据传输网络和物联网连接建设、建立本国数字平台及使用区块链技术、加快北极开发、加强基础科学研究、加强青年科技人才培养等13个主要方面。


普京5月签发“五月法令”,确定了2024年前国家发展目标,要求俄联邦政府在2024年前建设至少15个世界级科学与教育中心。同月,普京批准俄联邦教育科学部改组为两个部门,其中,负责国家科学、科技和创新活动的俄联邦科学和高等教育部,将拥有原联邦科研机构管理署的职能,负责俄科学院管理工作。


以色列:促进边缘地区经济,鼓励军民融合技术


以色列经济与产业部去年初公布了新的资本激励计划,旨在为处于以色列地理和经济边缘的地区新建更多工厂,并提供更多就业岗位。根据计划,可再生能源、纳米技术、生物技术和物联网等领域的公司若计划生产新产品或建立新工厂,将有资格获得高达20%至30%的政府补贴。


为加强军民技术融合,以色列军队和情报机构逐步加大与初创公司合作的力度。军工企业拉斐尔公司和航天局下属公司ELTA加入新的创新计划,旨在联合以色列从事安全技术的公司发展国防技术;国家安全局与特拉维夫大学合作开展加速器项目,支持7家人工智能初创公司的研发。


南非:出台科技创新政策,加速驱动经济增长


南非科技部去年9月公布新的《科学技术与创新》政策草案,并提交内阁会议最后审定。新的科技政策白皮书侧重两个主要目标:一是确保南非科技创新工作直接为经济增长、社会发展和转型服务;二是应对全球技术快速进步和其他变化带来的风险和机遇。南非政府认为,新的科技政策将确保科技创新在建设一个更加繁荣和包容的社会中发挥更大的作用,并侧重于利用科技创新加速包容性经济增长,使经济更具竞争力。


南非政府在白皮书中强调,要为人工智能和信息通信技术的进步改变社会和经济运作方式做好准备,南非需要在生物技术、纳米技术、先进制造以及信息通讯技术研究和创新等领域取得进展。


乌克兰:制定多项科研政策,拟进欧洲科研板块


2018年,由乌克兰总理担任主席的全国科学技术委员会作为新的高层协调机构,制定了多项科研发展政策,其中包括创建国家研究基金会,制定研究重点研发计划,以及2030年前实现可持续发展目标等。1月,该委员会批准了乌克兰融入欧洲科学研究领域路线图计划,讨论建立国家研究基金会,支持基础科学研究项目的问题。


融入欧洲是乌克兰政府拟定的国家战略,包括科研部门也制定了相应的融入和对接计划。在未来很长一段时间,这将都会是乌克兰科研政策的基调。但就像乌克兰科教部长利利娅·格里涅维奇所强调的,乌克兰正在扮演“缓慢创新者”。科学、技术和创新的发展直接取决于该国现有的人力资本,但如何避免人才流失却是摆在该国政府和科研管理部门前的一道现实难题。


德国先进汽车制造研发园ARENA2036。图片来自网络


二、基础研究


美国:粒子研究取得进展,宇宙探秘不断深入


美科学家在粒子研究领域不断取得新进展。他们不仅开始着手重测μ介子磁性,还发现了亚原子准粒子“奇子”存在的可能证据;不仅首次精确识别出特定能量的缪子中微子,还首次发现了宇宙高能中微子的来源。科学家对基本物理常数——精细结构常数的精确测量,将有助于粒子物理学标准模型的完善;而中子“暗衰变”理论(中子会衰变成暗物质粒子)的提出,若被证实,将为中子寿命为何“测不准”找到答案。


科学家对宇宙诸多现象的探索也在不断深入。他们首次造出“超离子水冰”,或有助于研究海王星和天王星的磁场;首次完成弯曲空间内的光束加速实验,实现光束轨迹偏移,将帮助解释引力透镜现象;计算机模拟发现中子星核物质比钢硬100亿倍,对于更好地理解引力波具有重要意义;而对宇宙膨胀速度——哈勃常数的精确测量,则有望帮助回答宇宙从何处来、往何处去等基本问题。


其他一些新发现同样意义重大。如在超导材料中发现新的量子临界性,为探究磁性与非常规超导性的关系提供了新视角;而在太空中探测到放射性分子氟化铝,或有助解开铝同位素起源之谜。


英国:研制出全光二极管,造出首个量子指南针


2018年3月,英国国家物理实验室研制出一种全光二极管,新二极管能被用于微型光子电路中,有望为微纳光子学芯片提供廉价高效的光二极管,从而对光子芯片和光子通信等领域产生重要影响。


同年11月,受英国国防部资助的英国科学家制造出世界首个能抵抗干扰且不依赖于GPS的量子指南针。这种指南针能在地球上不受干扰的指向,能自我维持,不依赖卫星。


德国:观察反铁磁体新性能,开发纳米机器人驱动技术


2018年,德国在基础研究方面取得可喜成果。美因茨大学牵头的一个国际合作研究小组成功观察到绝缘反铁磁体中的远程数据传输性能。反铁磁体是一组磁性材料,相比传统铁磁部件计算速度更快。科学家还发现,当一种带有铂丝的反铁磁性绝缘体通过电流时,电流能量会从铂转移到氧化铁中,形成所谓的磁子,借助磁子可实现计算部件长距离的信息传输。


此外,慕尼黑工业大学宣布开发出一种新的纳米机器人电驱动技术,可使纳米机器人在分子工厂像流水线一样以足够快的速度工作,有望快速发现化学试样中特定物质或合成复杂分子。


另外,埃朗根—纽伦堡大学爱德曼·斯比克教授研究团队发现,金属材料通过有针对性的折叠可展现全新的属性,虽然这仅是金属微观结构上的错位,不到百万分之一毫米,但对性能影响很大。他们在石墨烯中找到一种直接接触和移动这种错位的方法,为研究石墨烯纳米结构材料和拓展其性能铺平了道路。


日本:发现粒子加速新机制,模拟粒子新形态


去年3月26日,日本理化学研究所宣布,他们的一个国际联合研究小组成功开发出在下一代超级计算机上应用的、可模拟人脑整体神经电路的算法。新算法不仅可以实现节省内存,还可大幅提高模拟脑的速度。


大阪大学激光科学研究所发现了一种名为“微泡内爆”的全新粒子加速机制,即向内含微米尺寸泡(球形空洞)的氢化合物外侧照射超高强度激光,气泡在收缩到原子尺寸的瞬间发射出超高能量的氢离子(质子)。


日本理化学研究所与京都大学、大阪大学组成的研究小组利用超级计算机模拟,在理论上预言了新粒子双重子态粒子“ΩΩ”的存在,有望阐明基本粒子夸克如何组合成物质这一现代物理学的根本问题。


俄罗斯:加大大科学装置投入,核聚变研究更进一步


2018年,俄继续加大在大科学装置领域投入,并与其他国家保持密切合作。3月,来自俄罗斯、美国、以色列、德国和法国的科学家利用“重离子超导同步加速器”(NICA)在俄杜布纳成功进行了首次实验。除了研究稠密重子物质、重离子对撞之外,实验还着眼于一个至今未研究透彻的问题:任何两个核子之间的引力变为斥力时的相互作用。按计划,NICA装置整体将于2023年完工。


俄罗斯在核聚变领域的研究也取得显著成效。俄科学院西伯利亚分院布德克尔核物理研究所启用了新建成的开放式螺旋磁阱装置(SMOLA),该装置能大大提高开放式磁阱中的等离子体温度,朝受控热核聚变迈出了重要一步。SMOLA装置结构更简单、成本更低,不使用氚作燃料,能进行氘—氘等聚变反应。


此外,俄计划在未来5年内在俄远东符拉迪沃斯托克的俄罗斯岛上建造新的同步加速器。俄希望通过该装置的建造,使同步加速器中心成为俄亚太地区新的吸引高科技产业的中心。


以色列:量子光学成果纷呈,电子原子研究丰硕


2018年,以色列从事基础物理研究的科学家在量子、光子、电子等领域均取得较大突破。


在量子领域,以色列和法国科学家合作,利用水罐、镜子与相机以及数种高级复杂算法,成功产生和捕捉到类量子真空效应,并认为这种效应发生在日常空间中。无独有偶,研究人员发现隧道效应这一量子现象也发生在蛋白质的活动中,新发现对于生物医学研究以及生物电子学领域都具有重要意义。此外,以色列科学家找到了捕捉和释放单个光子途径,其将有望在未来用于量子信息存储以及保障量子光学系统的通信安全。


在电子领域,以色列与美国和加拿大科学家发现了电子系统的第三种噪音,它因导体不同部位温度不同而产生,普遍存在于纳米系统中。


此外,以色列和英国科学家携手对石墨烯内释放出电子的能量进行超精细测量时,发现了新的原子量级加热机制,该发现有望促进石墨烯基材料技术的发展。


乌克兰:成立跨部门委员会,加大基础科研力度


去年7月,乌克兰内阁批准成立了对基础科学和应用科学研究进行评估的政府间跨部门委员会(RADU),旨在建立有效的协调系统,发展该国的基础研究和应用研究;制订基础研究成果在各个领域应用的建议;促进政府不同部门与科学研究机构之间的联系,加强科学与教育,科学与生产之间互动和拓展;促进国际科学合作,在考虑国家利益的前提下将乌克兰科学融入世界科学和欧洲科学研究领域中去。


8月,乌克兰内阁再次颁布命令,将各个高校的自然科学、社会科学、工程和应用科学等7大领域基础研究和应用科学研究项目纳入由政府跨部门委员会评审的范畴,以支持并推动基础科学研究的发展。


人机协作平台。图片来自网络


三、信息技术


美国:先进计算加速发展,新型元件成绩斐然


量子计算方面,英特尔公司2018年1月宣布开发出49量子位测试芯片Tangle Lake。此后科学家不断推出新研究成果:证明“自旋—光子强耦合”可让单独量子比特相互作用、制造出可作量子中继器的有瑕人造钻石、构建模块化量子计算架构关键组件、开发出使碳纳米管成为量子单光子源的方法等,有力推动了量子计算系统的开发。美国国家科学技术委员会9月发布《量子信息科学国家战略概述》,志在推动量子信息科学加速发展。


超级计算机方面,“顶点”和“山脊”两台计算机在最新一期全球超级计算机500强榜单中分获冠、亚军,极大增强了美在超算竞争中的底气;能源部4月推出耗资18亿美元的百亿亿次级超级计算机开发计划,更表明美追求超算领域国际领导地位的决心。


此外,美科学家在计算机元器件研发方面也成绩斐然。可将数据中心带宽提高10倍的光电子芯片、具有精准分发光信号能力的硅芯片、基于内存计算技术的AI芯片、可同时存储和处理信息的记忆晶体管等新型元器件的问世,为新型计算机开发打下了坚实基础。


日本:量子技术全面进步,存储理论有新突破


大阪大学、NTT和东京大学的研究小组首次验证了由冷却原子构成的量子存储器与光纤网络构成可通信波段光子的量子网络。该研究成果展示了一条实现量子中继的新道路,为实现量子网络的远程化开辟了新途径,具有抵御利用量子计算机实施的黑客攻击能力的新一代量子密码安全通信又向远程化迈出了一步。


横滨国立大学利用金刚石中氮空位中心的电子和核子的自旋作为量子比特,全球率先成功实现了室温下完全无磁场的条件下的万能量子门操作。这种独特的量子比特完整量子门操作被命名为几何学量子比特,能以更高的速度进行高精度运算。


日本理化学研究所和北海道大学等组成的联合研究小组,发现在没有外部磁场的状态下也会产生磁涡旋,并查明了磁涡旋的形成机制。科学家有望以此为基础,研发以磁涡旋为信息载体的磁存储单元。


德国:量子计算重点发力,基础研究瞄准未来


2018年,德国在量子计算机领域又有新的进展,康斯坦茨大学领衔的团队开发出了一种基于硅双量子位系统的稳定的量子门,这项研究成果被称为通向量子计算机的里程碑;弗劳恩霍夫应用固体物理研究所开发出了一种微磁场下应用的量子传感器,可用于未来计算机硬盘识别。


在信息技术基础研究领域,卡尔斯鲁厄理工学院的研究团队开发出了完全由金属构成的单原子晶体管,为未来信息技术开辟了新的应用前景;凯泽斯劳滕技术大学科学家首次展示了如何在集成振幅回路中使磁子形成电流,这一研究打开了未来磁子芯片的大门。


英国:拟建5G测试平台,超级计算模拟人脑


2018年9月,英国政府宣布,将以西米德兰兹地域的伯明翰、考文垂、伍尔弗汉普顿3个城市为中央,设立相关测试平台,以建设较大规模的5G试点网络。


11月初,英国曼彻斯特大学科学家激活了世界上最强“大脑”——一台拥有100万个处理器内核和1200个互连电路板的超级计算机,它能像人脑一样运作,是迄今最准确模拟人脑的超级计算机。


韩国:基础设施位居前列,技术研发多有亮点


信息技术是韩国的优势领域。韩国的信息技术基础设施继续位居前列。2018年年初平昌冬奥会之前,韩国建成了大规模5G试验网络,预计于2019年初期实现商用化,这一计划进展迅速。


在量子计算领域,韩国学者开发出一种量子弱测量方法,克服了海森堡不确定原理的限制,可以有效应用于量子计算机的运算过程。韩国企业成功研发出处理器“Exynos9”,其搭载了借鉴人类大脑结构的新概念人工智能芯片,可用于手机终端并行处理大量多媒体数据。韩国开发的广视角全息图像技术将信息储存量提升了100倍。


以色列:网络安全齐头并进,无人驾驶安全先行


以色列证券管理局表示,其已开始使用区块链技术应对网络安全挑战。信息公司塔尔多经过3个月时间开发出管理局所需的区块链软件系统。以美两国研究人员开发出可从包括“脸书”和“推特”在内的大多数社交网上发现假账户的通用方法,其在网络安全