20个值得关注的前沿科技热点

栏目：名刊精选来源：中国数字科技馆

1 量子信息处理量子信息处理，其基本思想是以原子、电子、光子层次微观世界的粒子的存在状态及相互作用规律来编码和处理信息，借助量子叠加和量子纠缠等独特物理现象，以经典理论无法实现的方式获取、传输和处理信息。量子信息处理技术主要包括量子计算和量子通信。

量子计算包含处理器、编码和软件算法等关键技术。

近年来，这些技术发展较快，但仍面临量子比特数量少、相干时间短、出错率高等诸多挑战，目前处于技术研究和原理样机研制验证的关键阶段，超过经典计算的性能优势尚未得到充分证明。量子通信与现有通信技术不同，可以实现量子态信息的传输，主要分量子隐形传态和量子密钥分发两类。基于QT的量子通信和量子互联网仍将是未来量子信息技术领域的前沿研究特点。

QKD从理论协议到器件系统初步成熟，目前已进入产业化应用的初级阶段。

2 第三代半导体国际上一般将禁带宽度大于或等于2.3电子伏特的半导体材料称为第三代半导体。常见的第三代半导体材料包括碳化硅、氮化镓、金刚石、氧化锌、氮化铝等。第三代半导体材料具有高禁带宽度、高热导率、高击穿场强、高饱和电子漂移速率和高键合能等特点，其器件具有高频、大功率、低损耗、耐高压、耐高温、抗辐射能力强等优势。

关键技术点包括：大尺寸、低缺陷衬底、外延制备技术;硅基GaN外延技术;高质量SiC厚外延技术;高可靠封装技术。技术发展的竞争态势表现为：产业链各环节主要由美欧日主导;全球SiC市场由美国、欧洲、日本等垄断;GaN市场由日本厂商主导，住友电工、三菱化学及住友化学3家企业占据超过85%的市场份额。

第三代半导体材料的应用前景十分广阔，主要应用领域包括半导体照明、电力电子器件、激光器和探测器以及水制氢、生物传感器等。

3 增强分析增强分析是将人工智能技术赋能商业智能，具体而言，是将机器学习技术和自然语言处理技术应用在BI领域的数据与分析中。增强分析增强了人类智力和情境感知，改变了数据管理、分析和商业智能的方法，改变了数据科学的面貌和机器学习/人工智能模型的开发利用。与传统的人工数据挖掘相比，增强分析采用一系列的算法和集成学习技术，向用户解释可执行的结果，降低了丢失重要数据结论的风险。

高德纳咨询公司预测，未来2～5年，增强分析将成为BI市场的主导趋势。采用了增强分析技术生成的机器学习模型正在被越来越多地植入企业的应用程序中，帮助人力资源、金融、销售、市场、售后服务、采购和资产管理部门的员工进行商业决策与执行。4 人工智能芯片人工智能芯片通常是指针对人工智能算法做了特殊加速设计的芯片。人工智能芯片按技术架构分为图像处理单元、半定制化的现场可编程逻辑门阵列、全定制化专用集成电路、神经拟态芯片;按功能分为训练环节芯片、推断环节芯片;按应用场景分为服务器端、移动端。

目前，GPU已经发展到较为成熟的阶段。谷歌、脸书、微软、推特和百度等公司都在使用GPU分析图片、视频和音频文件，以改进搜索和图像标签等应用功能。很多汽车厂商也在使用GPU发展无人驾驶。虽然人工智能芯片技术发展较快，但是其在现阶段还处于产业化早期。

各企业之间的水平有差距，但基本还处于同一起跑线，只有那些技术有重大突破、能够先一步产业化的企业才能引领行业的发展。5 6G网络5G开启了一个万物智联的时代，车联网、远程医疗等应用需要一个几乎无盲点的全覆盖网络，但5G做到的更多是信息极速传输，离真正的万物智联还存在一定的距离。6G将探索并汇集5G所遗漏的相关技术，6G通信技术不再是简单的网络容量和传输速率的突破，而是为了缩小数字鸿沟，实现万物智联。6G网络的理论速度为5G的100倍，用户的智能需求将被进一步挖掘和实现，并以此为基准进行技术规划与演进布局。

6G的特征为全覆盖、全频段、全应用。技术发展趋势表现为：6G将进入太赫兹频段;6G网络将呈现“致密化”;6G将使用频谱共享和区块链技术;6G将采用地面无线与卫星通信技术。6G时代将有望提供基于家庭的ATM通信系统、卫星到卫星直接通信、海上到空间通信，提供家庭自动化、智慧家庭/城市/村落、防卫、灾害防治以及其他相关应用。

6 战略计算战略计算的概念在先进计算、高性能计算等概念的基础上发展起来。基本含义为基于未来对国家核心能力有战略意义的、先进的高性能计算技术，具有多元和多层次性，既包括基于当前数字技术的超级计算技术，又包括基于“后摩尔时代”的新型计算技术。当前，战略计算技术呈现两大发展方向。

一是超级计算机，基于传统数字计算和互补金属氧化物半导体工艺，发展方向为百亿亿次级或亿亿次级计算机技术及其应用，可以对现有架构不断优化升级。二是未来新型计算架构和替代计算技术，希望能够突破摩尔定律的局限，如逼近计算、神经形态计算、量子计算等。战略计算技术未来发展的主要内容包括亿亿次级超级计算、替代计算、测试与测量计算、计算系统安全与隐私保护、高性能计算生态系统等。战略计算作为新一代信息技术的核心技术，不仅是国家战略的重要组成，也是未来数字经济的增长引擎之一。

7 混合现实混合现实是增强现实技术的升级，将虚拟世界和真实世界合成一个无缝衔接的虚实融合世界。虚拟现实在被热捧几年后，并未进入千家万户，风险投资近年来从VR转向MR和AR。相对于VR巨大的娱乐用途和AR丰富的教育应用，MR的应用将更广泛，如在工业制造、军事模拟、游戏领域、旅游/数字场馆、汽车领域、购物、智能家居、医疗等领域展开应用。

MR的产业化呈现出以下趋势：全球产业生态初步成型;5G融合混合现实技术初步应用;美欧发达国家产业资金和市场活跃;我国市场规模持续扩大且增速领先全球。8 基因编辑临床应用基因编辑是指能对生物体基因组特定目标基因进行修饰的基因工程技术。它是一项可以与分子克隆、聚合酶链式反应等技术相媲美的突破性技术。其中，基于细菌规律成簇的间隔短回文重复序列系统发展而来的新一代基因编辑技术——CRISPR/Cas9技术，使基因编辑变得更为简易、高效，也因此成为全球各大生物实验室最流行的基因编辑技术。

在现有基因编辑编辑方法中，离体基因编辑最为成熟，即在体外对细胞进行基因工程改造，然后将细胞输回患者体内。虽然体外细胞编辑已经取得了一定的成效，但是仍然存在很多局限性，如尚无将经过基因编辑的细胞移植到肝脏或脑的可靠方法。对于那些无法应用体外编辑治疗的疾病，体内编辑可能发挥重要作用。

作为一项变革性的新兴技术，基因编辑首先应该被考虑应用于严重疾病。对伦理上争议较大的人类胚胎基因编辑，科学界逐渐达成共识，认为应。