20世纪中叶以来的70多年间，世界科技多点突破、众领域群发、持续迭代、融合创新、同产业交互推进，正在形成新的科技革命。
在众多科技领域的突破中，我们很难选择一个重要技术来代表新的科技革命，因为信息技术、生命科学、人工智能、航天科技等颠覆性科技都很突出，科技革命已经不满足于以往的单一性，它在为我们塑造许多独立王国，呈现一个又一个崭新世界，不断刷新我们的认知。
同时，我们也难以在科技持续发展和迭代升级中确定一个时间界标，科技的创新和发展似滚滚洪流，持续涌现，况且有代表性的技术往往置于重大技术革命的后期。
这轮科技革命发端于20世纪，目前仍处于进行时。新科技革命的强大势头值得多视角展示。
跨越世纪——科技多点突破和众领域群发
科技革命跨世纪已有两次，第一次科技革命在18世纪60年代至19世纪中期，第二次科技革命在19世纪70年代至20世纪初，它们的跨世纪突出在工业革命上，即重大科技的广泛应用。
这轮科技革命跨世纪，产业化紧步科技后尘，科技的广泛应用快过前两次，特别是数字智能产业的规模已成气候。然而，科技多点群发持续进行才是跨世纪的重点，科技爆发仍在过程中，更大规模、更多内容、更长时间的产业革命还在后头。
科技看突破，产业看热潮。第三次科技革命后的产业化没有前两次科技革命带动的工业革命那样的规模和影响。人们常常将工业革命和科技革命合二为一来认识，且受20世纪下半叶科技相对平静的影响，不少研究者将那个时期比喻为“科学沉寂”的几十年，相应地将21世纪前20年作为科技发展的黄金期。
20世纪后50年和21世纪的前20年，都是这轮科技革命发展的过程。20世纪后期，科技未集中在一个火山口喷发，没有给人革命性科技的印象。然而，定义和评判科技的重大进步，更需要用回顾的视角来审视它的诞生和成长，直到光芒绽放。现在看或者放远看，20世纪后期是新科技革命的组成部分，它同21世纪掀起的科技高潮紧密相连。
20世纪后期的科技多点连续突破
20世纪的后几十年，科技低调发展，默默前行，科技的多点爆发，为后来科技多领域群发奠定了基础。
一是夸克的发现使人类对微观物质世界的认识跨了一大步。中子、质子、介子这类强子，是由更基本的单元——夸克组成的，很多物理学家称夸克为“层子”，这个发现验证了标准模型理论，可帮助人们了解宇宙由创生到未来的演化。
二是宇宙大爆炸理论得到实证支持，能帮助我们了解宇宙的起源和思考宇宙的未来，进一步解开自然之谜。
三是DNA分子双螺旋模型的提出开启了分子生物学时代。使遗传的研究深入分子层次，“生命之谜”被打开，人们清楚地了解了遗传信息的构成和传递的途径。
四是大地板块构造学说得到更多科学验证和海洋地质学的支持，被认为是地质学上的“哥白尼革命”。
五是在核能与核技术领域，第一颗氢弹爆炸成功，第一座原子能发电站建成并应用，还发展出CT（电子计算机断层扫描）临床技术和磁共振扫描技术（MRI）。
六是在信息技术领域，电子计算机经历集成电路各个阶段后，促进计算机向巨型和微型发展，跨入个人电脑时代。
七是在激光技术领域，世界上第一台激光器制成，它用红宝石晶体做发光材料，用发光强度很高的脉冲氙灯做激发光源，在这种受激辐射[1]作用下产生一种超强光束，成为激光。
八是在生物技术领域，DNA的重组能创造性地利用生物资源，实现人类改造生物的遗传特征。20世纪80年代以来，已获得上百种转基因动植物，对农业发展极具意义。转基因药物的研制和生产将为人类健康带来福音。1997年还成功培育出克隆绵羊“多莉”。
此外，在能源、材料、自动化、海洋和环境等高新技术方面都有长足进步。
21世纪前20年科技在多领域密集群发
继20世纪科技在多点突破后，21世纪由点向面扩散，经过相当长时间的研发和融合，引爆各领域群发。在此仅概括一些现象，后文会详述群发的情景。
在信息领域，人工智能、量子信息、移动通信、物联网、区块链为代表的新一代信息技术加速应用，宽带、无线、智能网络快速发展，超级计算、虚拟现实、网络制造与网络增值服务突飞猛进。
在生命科学领域，合成生物学、基因编辑、脑科学、再生医学等孕育新的变革。
在人口健康领域，包括疾病早期预测诊断与干预、干细胞与再生医学有了突破。
在制造领域，融合机器人、数字化、新材料的先进制造技术正加速推进制造业向智能化、服务化、绿色化转型。
在能源和资源领域，以清洁高效和可持续为目标的能源技术加速发展，将引发全球能源变革，可再生能源、大规模储能、动力电池、智慧电网等成为重要发展方向。
在新材料领域，呈现个性化、复合化和多功能化趋势。
在空间海洋领域，正在拓展人类生存发展的新领域。
在农业领域，包括生物多样性演化过程及其机理，高效抗逆、生态农业育种科学基础与方法，营养、土壤、水、光、温度与植物相互作用的机理和控制方法等基本问题得到突破。
此外，可控核聚变、量子科学、无人驾驶、超高速列车等的发展，将有可能直接改善我们的生活。
根本与成长的前后关系促使科技热潮不减
21世纪以来，科技接连不断突破，缘于过去的根本性建设与现在成长性爆发的关系，包括20世纪与21世纪，21世纪初与现在的过程关系，突出表现为以下三种现象。
一是若干领域的科技已经掀起两三轮爆发的高潮，如70多年来航天科技、生物革命、信息革命，都得益于20世纪后期的孕育及其发端，现在仍然具有强劲的发展势头。
二是各个领域或某项科技呈迭代前行。
三是许多科技不满足于已有突破，借助通用性数字科技，或者与相关科技的融合，竭力改进、升级和完善。比如，诸多信息技术和智能制造的前沿科技的涌现，从根源上说是互联网大脑模型发育的结果，尽管现在可以利用互联网技术改造传统工业领域，但这都不是从0到1的推进，而是从1到10的进展。
我们正处于数字化时代，有人说21世纪是人工智能的时代，我们正迎来生物革命的时代。用科技热词对21世纪进行描述，只是新科技革命的局部亮点，它的全部则是灿若星河。我们将会见到科技宇宙中的各种世界。
[1]受激辐射是激光器中基本物理的一种过程。在光辐射中存在三种辐射过程，一是自发辐射，二是受激辐射，三是受激吸收。
宏观世界——在太空探索中逐渐打开
宏观世界有多大？一直以来人们将“原子”作为宏观世界与微观世界的分界线。大约在公元前400年，古希腊哲学大师德谟克利特便提出原子论：宇宙万物由不可分割的原子构成。
人类认识宏观世界，是从小到大、由近及远、由现象到本质、由少到多、由地球探索到太空探索的过程。
在地球上看地球，与在月球上看地球，是两种视角，感受不同。
1961年4月12日，苏联宇航员加加林是第一个进入太空并看到地球全貌的人。
1969年7月21日，美国宇航员阿姆斯特朗踏上月球时，他说这是自己的一小步，却是人类的一大步。
一直致力于将人类送上火星的太空探索技术公司SpaceX的首席执行官埃隆·马斯克，预测人类将在数年后登陆火星，那又将是什么样的感受呢？正是科学家用探索太空的方式，打开了人类认识宏观世界的门户。
地球是人类的摇篮，人类不会永远生活在摇篮里。我们所知文明意识的可能寿命，就像广袤黑暗中的一支细小蜡烛，用不了多久可能就会熄灭，比如遇到一颗巨大的流星，或遭遇极端的气候变化，或爆发第三次世界大战，都可能让文明终结。
飞离地球，探索宏观宇宙成为人们的伟大理想。太空探索承载着人们对日月星辰的好奇，以及对“我们来自何方”“我们为什么在地球”“我们是怎么到这里来的”“我们在宇宙中是否孤独”“我们该往何处去”等问题的终极思考。为了了解宇宙的本质，必须扩大意识范围和规模，走向星际。
进入太空是为了探索宏观世界，探索太空本身也是认识宏观世界的过程，是人类从自身感官能力上升到借助航天航空器、探测器以及载人航天器飞越太空的过程，也是借助射电望远镜、红外望远镜、X射线和伽马射线望远镜帮助人类观测极为遥远的未知宇宙空间的过程。
人类以航天器为主要手段，突破地球大气层和重力影响，利用全电磁波谱，拓展着引力波等多信使，研究宇宙的崭新窗口，仰观天文，俯察地理，纵览太空，探索宇宙。
空间科学为感知地球深空环境、破解全球变化挑战、珍爱宜居地球家园，提供了全新视角。在70多年探索和积累宏观世界的条件中，创造了两个辉煌的太空时代。
第一个太空时代，从1957年到20世纪末，有以下三个特点。
一是美苏争霸把航空航天事业推向高潮。苏联发射第一颗人造地球卫星，继而发射载人宇宙飞船，让人类首次飞向太空；美国“阿波罗”11号飞船登月，人类第一次踏上月球；苏联建造空间站，人类首次在太空有了活动基地；美国发射航天飞机，从此人类可以自由进出太空。
二是掀起探测月球的热潮，人类不断地向月球发射许多探测器。
三是航空航天具有高投入、高风险的特点。每项太空任务往往需要投入上亿甚至数十亿、上百亿美元。1971年苏联发生从空间站返回时的惨烈事故，三名宇航员遇难；1986年“挑战者号”航天飞机升空后不久爆炸，七名宇航员遇难；2003年2月1日美国“哥伦比亚号”航天飞机失事，七名宇航员遇难。
第二个太空时代，从21世纪初开启，有以下四个特点。
一是建造空间站。1998年国际空间站正式建站，2010年完成建造并全面使用，由美、俄、欧、日、加等国航天局共同运营，预计2024年退役。
2021年4月天和核心舱发射入轨，中国空间站拉开在轨建造序幕，同年6月航天员进入空间站核心舱，在轨驻留3个月，开展舱外维修维护、设备更换、科学应用载荷等一系列操作。2022年将完成空间站建造任务。其间神舟十三号、十四号载人飞船到达中国空间站，并且两批航天员各驻留半年进行科研。截至2022年11月3日，中国空间站“T”字构型组装完成，由天和核心舱和问天实验舱、梦天实验舱组成了“三室两厅”格局。
二是全球掀起空间探索热潮。美国、中国、日本、阿联酋以及欧洲国家发出探测器登陆火星、木星、彗星、小行星、月球开展探测，还将小行星、月球的样品带回地球。比如，中国月球探测工程首任首席科学家欧阳自远院士说，中国人很快就会踏上月球了，我们整个的月球探测的规划：第一步通过嫦娥一号、二号、三号、四号，全面和重点了解月球，包括到月球背面去；第二步建设月球科研站，实施载人登月探测，建设有人驻留的月球基地，开发利用月球资源。再比如，2022年9月27日，美国国家航空航天局航天器首次撞击小行星证明，人类或许有能力改变自己被毁灭的命运，因为大约6?600万年前，一颗小行星砸向地球，恐龙无法避免，最终走向灭绝。
全球探索空间，仅从2021年全球火箭发射情况，就能感受到探索热潮的汹涌程度。2021年发射145次，发射入轨航天器数1?732，入轨质量为769.6吨，创21世纪以来新高。其中，中美俄相对2020年均有较大涨幅，占据全球航天发射的绝大部分。
在太空探索的热潮中有许多精彩的故事，历经45年的“旅行者1号”仍然让人牵挂。1977年9月美国发射的“旅行者1号”，带着探索行星的伟大使命，遨游在浩瀚的宇宙。先用两年时间抵达“行星之王”木星，并对木星和木卫星进行了探测，后来看到土星环的壮观，发现了土卫六上的大气层，可能太专注于观察土卫六，从此飞向幽深的黑暗。它曾提供木星、土星及其卫星的详细照片，也是至今离地球最远的人造卫星。
科学家预计，现在“旅行者1号”仍有足够的能源支持星际飞行，并且可以和地球保持联络，但从2025年之后，“旅行者1号”就会失去能量，彻底和地球失去联系，并成为漂浮在宇宙中的一艘“流浪探测器”。
“旅行者1号”携带了一份记录着人类文明和模样的金唱片，在它以后漂泊的数亿年中，或许有一天人类走不出地球，消散于宇宙尘埃中，它可能会向宇宙送出这份珍贵的礼物，也能向这个无垠的宇宙证明人类曾经来过，也曾有过璀璨耀眼的文明，更在悠长无限的宇宙岁月中，努力留下了存在过的痕迹。
当然，“旅行者1号”要飞出太阳系还需1.7万年，这对于人类文明来说太漫长了。如果人类文明能够一直延续发展下去，以现在科技的发展速度，1.7万年的时间足以让人类科技发展到远超想象的地步。那个时候，人类有可能早已掌握了光速飞行技术，甚至是超光速飞行技术，有了如此快的速度，我们也不需要“旅行者1号”去探索系外行星和外星文明了。
当人类有了更快的速度之后，第一时间可能会派出飞船将“旅行者1号”接回，随着人类对宇宙的认知提升，不少科学家对“旅行者1号”充满担忧，因为它上面携带着地球的坐标信息，也有可能“旅行者1号”永远回不来。从太空上看去，地球就是一个蓝色小点，而许多人造卫星和探测器是从这个蓝色小点出发的，它们多么希望人类能珍惜地球，远离战争、暴力、污染，维护好人类的家园。
1．?SpaceX的黑科技降低了太空探索成本，可回收火箭并能多次使用，大大降低了成本；他们自己研发并即将使用的猛禽二代发动机单台推力达到230吨，结构更加紧凑和优化，成本比一代版本降低到一半左右；其星舰上的黑科技隔热罩，由特殊材料做成隔热瓦，隔热效果更好，成本比以前航天飞机时代大幅降低，后续还有待验证。
2．?2020年5月，SpaceX用它的“猎鹰9号”运载火箭成功发射其载人飞船“天龙2号”，把两名航天员送上太空，使美国结束了长达九年没有载人飞船可乘的尴尬局面，让SpaceX成为全球第一家拥有载人航天能力的私人机构。
3．?2022年4月9日，四人团队搭乘SpaceX的“奋进”号龙飞船到达国际空间站，开启太空旅行新纪元。2021年的全球航天，可以说商业太空飞行如火如荼，让一部分人先飞起来。维珍银河、蓝色起源和SpaceX公司都实施了首次以游客为主体的载人飞行任务，俄罗斯航天局也先后将两组非职业宇航员送入太空。
4．?马斯克希望在2029年能够实现载人登陆火星，2050年在火星建造城市，将100万人送上火星，引发了人们特别是年轻人强烈的太空探索热情。登陆火星更具挑战性，发射飞船到月球只需4天38万千米，若到火星需要580天2亿千米，宇航员来回需要3年时间，每人需要饮食3吨多。飞船空间是寸土寸金，还要携带大量燃料，宇航员需要一直在密闭空间生活，对心理素质极富挑战。
火星引力仅为地球的37.5%，在火星上只要轻轻一跳，就能跳两三米高。或许你会感到新奇，但是对于人类来说，如果在火星的低重力环境下长时间生存，那无疑会使人类的骨骼变得疏松，增加骨折的可能。
此外，火星的低重力环境还会对人体血液循环，以及心脏等器官带来一些影响。火星上的气压不到地球的1%，平均气温零下60摄氏度，表面无液态水，这些情况人体都需要适应。
如果采集土壤样本，不小心携带可能有的生命回到地球，则会引发难以预测的后果。
然而，登陆火星是与其他星球比较后的最优选择，马斯克的火星计划甚至可能有去无回，但仍有很多人想要参与，作为登陆火星的先驱，是伟大而悲壮的事业。但愿宇航员能够安全着陆火星，安全返回地球。
最近在网上看到对马斯克的一个访谈，他谈到2030年千舰齐发，星辰大海，去了解宇宙的本质。想必人们也关心有关他登陆火星的最新考虑和准备工作。马斯克说，他们正在生产大量的飞船和助推器，为了在火星建立一个自给自足的城市，他认为需要1?000艘左右的星舰，要让任何想去的人都能去成，并对星舰重复使用，作为一种通用的运输方法。一旦在火星上建立推进剂工厂，人们就可以前往小行星带，并最终去往太阳系的任何地方。访谈记者感叹，到2030年，每隔几年，大约有1?000艘星舰齐飞，每艘载有100名或更多乘客，那个画面将震撼心灵。马斯克说，就像《太空堡垒卡拉狄加》里面的舰队出发。
5．SpaceX“星链”互联网卫星如果全部建成，将多达数万颗，卫星数过多，将来报废可能会成为太空垃圾，颇受争议。
“嫦娥之父”叶培建院士说，SpaceX的成功具有里程碑意义，甚至有可能为第二个太空时代的到来铺平道路。这个时代的显著特点就是超低的成本，大量的运输。除了超低成本的火箭，还包括各种超低成本的中小卫星和航天器。
四是发挥大科学装置在深空探测研究中的作用。2019年，美国的哈勃太空望远镜公布了最新的宇宙照片“哈勃遗产场”（HLF），展现了一部壮丽的宇宙星系演化史。
2016年，中国建造的500米口径球面射电望远镜（FAST）是目前世界最大单口径、最灵敏的射电望远镜，接收面积达25万平方米，已发现超过240颗脉冲星，在快速射电暴的研究中取得重要成果。这个“中国天眼”发现了迄今宇宙最大原子气体结构，尺度比银河系大20倍。
还有一批性能更先进的大科学装置正在加快建设。如，多国在建的平方千米阵列射电望远镜（SKA），由位于澳大利亚西部的低频阵列和位于南非的中频阵列两部分组成，接收面积约1平方千米，这是人类有史以来建造的最大天文装置。繁荣的太空时代，创造和发射载人飞船或无人的空间探测器，目的在于揭示宇宙形成与演化的奥秘。
探索天体运行、星系演化、宇宙起源，是认识宏观世界的重要途径。人们把大量分子、原子和光子组成的物体称作宏观物体，如牛顿力学描述的质点、电磁场或光等。
长期以来，人类对宏观世界的探索，聚焦于“两暗一黑三起源”：“两暗”指暗物质、暗能量；“一黑”指黑洞；“三起源”指宇宙起源、天体起源、宇宙生命的起源。
一是暗物质和暗能量是21世纪两朵新“乌云”。20世纪20年代的研究表明宇宙在膨胀和加速膨胀，原因是在可观测的物质之外，存在暗物质和暗能量。宇宙中可见物质占4.9%，暗物质占26.8%，暗能量占68.3%。暗物质不发光，不发出电磁波。
探测暗物质有三种方式。
第一种是对撞机探测，如欧洲的大型强子对撞机。
第二种是地下进行直接探测，我国在四川锦屏山地下实验室开展了相关实验。
第三种是间接探测，主要在外层空间收集和分析高能宇宙射线粒子和伽马射线光子，寻找暗物质存在的证据。
2015年中国发射的“悟空号”暗物质粒子探测卫星，搭载国际上最高分辨率、最低本底[2]的空间高能粒子望远镜，获得精度最高的电子宇宙射线探测结果，发现能谱上存在一处新的结构可能与暗物质有关。2020年中国参与的最大规模的星系巡天项目，成功测量宇宙背景膨胀及结构增长率，这是依托星系巡天得到的最强暗能量观测证据。
二是黑洞研究打开宇宙和天体起源的新视野。黑洞给人神秘的感觉。其实它是密度极大、体积极小的天体，具有强大引力，连光都无法逃脱。1964年科学家发现第一个恒星级黑洞后，又发现更多的黑洞。2015年发现距地球128亿光年、质量为太阳120亿倍的超大质量黑洞。
2019年4月，全球八地的观测网络，经过两年观测和分析，同步直播距地球5?500万光年、质量为太阳65亿倍黑洞的照片，让人们首次看到黑洞“面貌”。2019年11月中国依托郭守敬望远镜（LAMOST），发现了一个迄今为止质量最大的恒星级黑洞。
黑洞研究有利于认识宇宙演化。国际上很多重要的天文设施，都把探测黑洞作为重要任务。2020年的诺贝尔物理学奖颁发给了致力于黑洞研究的科学家。
目前，中国在2021年前后发射了具有高灵敏度加大视场特性的“爱因斯坦探针”卫星，就是为了探索黑洞等致密天体。中国实施“黑洞探针”“天体号脉”等探测计划，将有力推动对黑洞的深入研究。
三是探索和揭示“三起源”的奥秘。科学家一直试图以高能粒子、宇宙射线等方式探究宇宙起源和演化。
1916年爱因斯坦预言引力波的存在，直到2015年才探测到引力波信号，开启引力波天文时代，为研究宇宙起源与演化开辟了新途径。
随着用激光干涉仪聆听来自宇宙深处引力波的大型研究仪器等项目的推出，以及三位科学家因引力波研究获得2017年诺贝尔物理学奖，全球兴起引力波探测热潮。
2020年发现的中等质量黑洞，就是借助引力波探测取得的成果。中国近年来启动的“太极计划”“天琴计划”，就是建设原初引力波观测站，2021年给出了北天最精确的宇宙微波背景辐射极化天图。
[2]常见于建筑材料放射性检测和水质分析中，如同我们称量东西要“除皮”一样，扣除本底后得到对象的净值。
微观世界——量子力学的窗口透出亮光
人们将物质世界按其大小分成两个范围，除了宏观世界，就是微观世界。微观世界有多小？人们一般把分子、原子、原子核、质子、中子、电子、光子等称为微观客体。微观客体遵循的物理学规律称为微观规律，符合微观规律的客观物质世界就是微观世界。
原子小到在化学反应中不能再被分割，所谓原子论牢不可破，那么怎么进入原子这个堡垒去认识微观世界呢？
有意思的是，在物理层面原子世界的“大门”依然可被打开。后来发现电子要比原子小很多，电子便可以成为打开原子世界大门的一把“钥匙”，但是还需要一种操纵“电子”的设备才行，这是因为看得见固然重要，看得清才是人类驾驭微观世界的重中之重。
通过不断提升电子显微镜分辨率，2018年，通过结合叠层成像术（ptychography）算法驱动，创造了一个世界纪录：将最先进的电子显微镜的分辨率提高了两倍。可以看到原子分辨率更加精细，我们的视线终于进入精彩至极的原子世界，便有了“一花一世界，一草一天堂”的情景。微观世界的广阔不亚于宏观世界的无边无际，人类可在这里孜孜不怠地追求和探索。
量子理论是描述微观世界的一种理论。量子是能表现出某物质或物理量特性的最小单元。爱因斯坦承认：“我思考量子问题的时间百倍于思考广义相对论的时间。”爱因斯坦要的是一场比量子力学更为彻底的革命。微观世界小至基因编辑、粒子结构、量子调控等。
量子力学的作用越来越让人感觉大于经典力学。量子力学主要研究原子、分子、凝聚态物质，以及原子核和基本粒子的结构和性质。
量子力学已渗透到我们生活的方方面面，由于量子力学，人们才创造了很多自然界不存在的新材料、激光、计算机等，甚至也在重新武装化学。
虽然没有量子力学，也曾发明了玻璃、各种金属，但那更多的是一种自发的或经验论的成功。有人说掌握了量子力学，就拥有了改变世界的能力，有了量子力学指导，就能有目的地去创造新的物质。
今天，英特尔的尖端芯片上，能够摆放数十亿个微处理器，这要归功于量子力学；在量子力学的推动下，目前超导材料从研究阶段向发展阶段转变，正被运用在越来越多的尖端科技中。正是量子物理让我们对世界的理解有了天翻地覆的改变，可谓“遇事不决，量子力学”。
粒子标准模型的成功是认识微观世界的重要里程碑。量子力学的发展让科学家可以对基本粒子做出精确的描述。在粒子物理学里，标准模型描述了强力、弱力及电磁力这三种基本力，2013年，科学家依靠大型强子对撞机（LHC）发现了希格斯粒子，完成了标准粒子模型确认工作的最后一环，由此，标准粒子模型预言的61种基本粒子已全部被发现。
中国科学家利用大亚湾中微子实验装置，发现了一种新的中微子振荡模式，被认为是该领域最重要的突破之一。2020年，中国科学院发现标准模型以外的一种全新的自旋-物质相互作用方式，可以说是标准模型之外的全新物理，为研究暗物质打开了一个全新的窗口。[1]
微观物质结构研究开始从观测时代走向调控时代。理论和实验手段的进步，有条件让科学家能够观察和定位单个原子，且在低温下利用探针尖端精确操纵原子。“观测时代”走向“调控时代”，为能源、材料、信息等产业发展提供新的理论基础和技术手段。2012年，诺贝尔物理学奖就授予了测量和操纵单个量子系统的突破性试验方法。
中国在这一领域具有很强的理论和技术储备，铁基高温超导、多光子纠缠、量子反常霍尔效应等重大项目，获得国家自然科学一等奖。在拓扑绝缘体、外尔费米子、马约拉纳束缚态等方面，也取得重大成果。
中国的量子密钥通信处于世界前沿地位。量子通信是利用量子纠缠效应进行信息传递的新型通信方式，是近二十年来量子论和信息论结合产生的崭新领域，已逐步从理论走向实验，并向实用化发展。量子通信分为量子密码通信、量子远程传态和量子密集编码等。按传输的信息内容分为经典通信和量子通信，前者主要传输量子密钥，后者用于量子隐形传态和量子纠缠的分发。
量子通信的最大优势是绝对安全和高效率性。量子通信将信息加密传输，在此过程中密钥充满随机性，即使被相关人员截获，也不易获取真实信息。量子通信还有较强的抗干扰能力、很好的隐蔽性能、较低的噪声比，以及广泛应用的可能性。
可以说，量子隐形传态，是一种全新的通信方式，类似于科幻电影中的星际穿越，它能借助量子纠缠的特性，将未知的量子态传输到遥远地点，而不用传送物质本身，是远距离量子通信和分布式量子计算的核心功能单元。
中国发射首颗量子通信科学实验卫星“墨子号”，在国际上首次实现千公里级星地双向量子密钥传送和量子隐形传态，成功实现了洲际量子密钥保密通信，为构建覆盖全球的量子密钥保密通信网络奠定了坚实基础。
2017年，中国构建了世界首台超越早期经典计算机（ENIAC）的光量子计算原型机。2019年，谷歌宣布开发出54量子比特的超导量子芯片，对一个电路采样100万次只需200秒，而当时运算能力最强的经典计算机Summit需要1万年，率先实现“量子优越性”。中国构建76个光子的量子计算原型机“九章”，实现了具有实用前景的“高斯玻色取样”任务的快速求解，比目前最快的超级计算机快100万亿倍。目前，谷歌、微软、IBM等跨国企业都在这方面投入巨资，可以预见，未来围绕量子计算机的国际竞争会更加激烈。
量子力学最接近宇宙本质，也是科学家的“困惑之源”。
上述的宏观世界和微观世界，虽然都属于物理世界，但奇妙的是两者存在以下三个明显的区别。
一是预测性。宏观世界有很多事情可准确预测。根据事情初始参数，结合牛顿第二定律就可准确预言事情的发展轨迹。微观世界则不同，根本无法获取初始参数，而且有很多物理量相互矛盾，比如微观粒子的位置和动量不能同时获取，微观粒子产生某运动的时间和能量也不能同时获取。无法获取基本参数就意味着无法根据已发现的规律来预言微观粒子的将来，只能给出一个概率值而不是确定值。
二是确定性。宏观世界有很多东西是确定的，但微观世界的粒子则不同。微观粒子可以同时处于多个位置的叠加态，当然，这不等于说微观粒子此时就一定同时处于多个位置，而是微观粒子每个位置都会分到一定出现的概率值。在我们观察微观粒子的一瞬间，微观粒子会从多个位置变成一个位置，这样只会观察到微观粒子处于一个位置的状态，不可能看到微观粒子同时处于多个位置。
三是因果性。在宏观世界观察事物演化进程基本没有影响，你看或者不看，对物体运动状态并没有影响，主观意识不能直接作用于客观世界而产生影响。微观世界则不同，一旦对微观粒子进行观察，会使得微观粒子从原来的叠加态强制变为本征态，微观粒子的运动状态会因你的观察而改变，似乎人的观察会直接干扰微观世界的演化进程，人的主观能动性好像发挥了比我们对宏观世界更大的作用。
生命世界——探索中缓缓揭开神秘面纱
生命世界是迷宫般的宇宙，横跨微观和宏观两个世界。生命以及生命的意义是什么？生命科学正在加速研究生物从分子到细胞结构内部的生命现象，揭示生命活动规律和生命本质。生命科学的繁荣定会帮助人们解开许多难解之谜。
探索生命奥秘
生命世界奥秘无穷。生命在各个层次上，都有非常精妙的结构和功能。从电子、原子、分子，到细胞、组织、器官，再到个体、群体、生态，通过三次生物学革命，揭示了生命更多的奥秘。
第一次是分子生物学革命，1953年沃森和克里克发现了DNA双螺旋的结构，预示着人们即将揭开生命遗传的神秘面纱，可以更为深入地认知生命过程，进行疾病控制和品种改良，开启了分子生物学时代，人们可以在分子层面对生命活动发生、发育、遗传、进化和衰老进行研究。
第二次是基因组学革命，从20世纪80年代开始基因组测序，到2022年3月31日，人类基因组完整序列公布，为系统解读生命百科全书和精准生物学的实施奠定坚实基础。
基因组学是生命科学最前沿、影响最广的领域之一。人体细胞DNA分子大约有10万个基因，由这些基因控制10万种人体蛋白质的合成。基因工程要寻找目的基因，通过对其剪切、剔除、连接、重组等操作，实现对生命体的调控。
我们所有遗传密码都藏在染色体里，染色体实际上就是DNA，将DNA堆紧，就成了一个个染色体。如果把DNA打开，它上面有四种碱基对的排列，四种碱基对可以用四个字母表示。四个字母的排列顺序构成生命的所有遗传密码。
随着对基因、细胞、组织等的多尺度深入研究，以及基因测序、基因编辑、冷冻电镜等新技术的进步，生物大分子结构研究的效率得到大大提升，生命科学研究正从“定性观察描述”向“定量检测解析”发展，并逐步走向“预测编程”和“调控再造”。分子生物学、基因组学、合成生物学等领域成果不断涌现，全面提升了人类对生命的认知、调控和改造能力。
有人将基因编辑技术比喻为“上帝的手术刀”，就是对基因序列进行精准的“修剪、切断、替换或添加”。自20世纪80年代出现以来，基因编辑技术不断改进和发展，2020年获得诺贝尔化学奖的CRISPR-Cas9技术，已成为基因编辑最有效、最便捷的工具，广泛应用于生命科学和临床研究。
第三次是合成生物学革命，被认为是继DNA双螺旋结构和人类基因组测序之后，又一改变世界的颠覆性技术。目前，科学家已经能够设计多种基因控制模块，组装具有更复杂功能的生物系统，甚至创建“新物种”。比如，利用合成生物学技术，培养出用于诊断早期癌症与糖尿病的细菌，合成抗疟药物青蒿素、抗生素林可霉素等药物，更简单高效地生产生物燃料，很有可能引发相关领域的产业革命。
贯穿三次生物学革命的显著特点是生命科学和物理、化学、数学、工程等学科交叉融合。从物理学家克里克与生物学家沃森将两个学科结合起来，发明DNA双螺旋结构开始，到人们认识并利用物理学提供的工具，研究DNA、蛋白质的三维结构，以及在分子层面进行的生物学研究。还有各种测序仪把基因组测序速度推进得很快，甚至超越摩尔定律，效率更高，成本更低。人类的基因组有30亿个碱基对，所花费的钱，从1亿美元指数级下降到后来不到1?000美元。
2009年美国发布《21世纪的新生物学》，力促各个学科交叉融合成新生物学。新生物学将对生物系统做出更深刻的理解，找出一些基础原理，写出一些公式，让生物学可以像牛顿方程那样进行预测，能够像工程学一样进行制造，使生命科学从观察性和定性的特点转向定量的和可预测的特点，将会对健康、环境、能源、食品、社会等各个方面，产生非常深远的影响。
脑科学崛起有可能再次掀起生命科学高潮。人与动物神经系统的结构与功能，是感觉、运动、学习、记忆、感情、行为与思维的活动基础。大脑细胞如何指导人与动物的行为，是未来生命科学最富潜力、最吸引人的领域。揭示人类大脑的秘密，必将促进认知科学与行为科学的兴起。
科学家已绘制出全新的人类大脑图谱，是脑科学、认知科学、认知心理学等相关学科取得突破的关键，为发展新一代神经及精神疾病的诊断、治疗技术方法奠定了坚实的基础。
脑科学蓬勃发展预示着一些重大的突破。比如，在从分子到行为的各层次上阐明学习、记忆与认知等活动的基础；发现和阐明一系列与记忆、行为有关的基因与基因产物；神经细胞的分化与神经系统的发育研究取得重大进展；脑机能在理论上的进展与突破会促进新一代智能计算机与智能机器人的研制；一系列神经性疾病与精神病的病因，可望在神经生物学研究中得到解释。
汤超院士在一次报告中说，在大脑进化中，大自然将其中很多神经元连起来，产生了物理学中简单系统的“相变”、复杂系统的“涌现”现象。每一个神经元单独产生不了意识，但把这些神经元连在一起，就忽然产生意识、语言、感情等，这些都远超生物学范畴。随着脑科学的深入研究，生命的奥秘会渐渐揭开谜底。
探索生命健康
探索生命奥秘，在于为生命健康服务。生物科学、生物技术、生物工程，一脉相承。健康科学是生命科学的分支，通过研究和理解人类和其他动物的功能，可以获取足够的信息和知识来帮助人类治疗和预防各种疾病，让生物技术和健康技术改善人类生活。
测出人类基因组全序列对人体系统会有更好的认识。随着人类基因组逐渐被破译，生命之图被绘就，认识人类基因与疾病的相关性，就可分离和确认与疾病直接相关的基因，用基因直接制药，或通过筛选后制药，对基因缺陷治疗会有帮助，具有科学价值和经济效益。事实上，利用基因疗法已经可以治疗血友病、心脏病及一些癌症等。基因药物已走进人们的生活，利用基因技术治疗更多疾病不再是奢望。
对人类自身进行更多研究有利于基因治疗疾病。很多疾病的原因将被揭示，有些疾病在发作前就能在分子水平上得到治疗，更会促进药物的设计，拿出“对因下药”的治疗方案，还有可能根据基因情况调整生活起居、饮食习惯。如果对人类“衰老基因”和“长寿基因”有详细了解，将会激发人们的生存和生活信心，促进人类健康、预防疾病、延长寿命。也许20年后，医生会根据个人基因图谱信息，对疾病做出基因诊断，预测某些疾病发生的可能性，进而对患者实施基因治疗和生活指导。
生命科学研究新技术、新方法将加速走向临床应用，正在推动医学走向“个性化精准诊治”和“关口前移的健康医学”阶段。2015年美国提出“精准医学计划”，在于“为每个人量身定制医疗保健”，世界范围内掀起精准医学热潮。目前，精准医疗在癌症等重大疾病的预防和治疗方面，取得多项突破。比如，中国科学院基于自组装的DNA折纸技术，构造出携带凝血酶的纳米机器人系统，在遇到肿瘤特异蛋白时释放出凝血酶，选择性切断血液供应以“饿死”肿瘤；又比如，通过人工智能处理海量数据，发现医生无法诊断的疾病。
干细胞和再生医学是与药物治疗、手术治疗并列的治疗方法，能够有效治疗心血管疾病、糖尿病、神经退行性疾病、严重烧伤、脊髓损伤等疑难疾病。中国科学院基于干细胞技术制备出引导脊髓组织损伤再生的生物材料，已开展修复脊髓损伤的大动物（狗）实验数百例，显示出良好的临床前景，并已进入临床阶段。2018年，世界上首例脐带间充质干细胞复合胶原支架材料治疗卵巢功能早衰临床研究完成，让卵巢功能衰竭的患者诞下健康婴儿。2019年，首例基因编辑干细胞治疗艾滋病和白血病患者完成。[1]
脑科学发展推进了人脑和精神疾病的诊治。随着对帕金森病、阿尔茨海默病、抑郁症等疾病机理的深入研究，新的治疗手段和药物不断出现。
健康技术促进了对传染病的预警预防、诊断、治疗。控制传染病，先找病原，再找检测方法，接着开发治疗的药物。在抗击新冠肺炎疫情中，中国科研人员快速分离鉴定出病毒毒株并与世卫组织共享病毒全基因组序列，为全球开展药物、疫苗、诊断研究提供了重要基础。
探索生命起源
生命起源是一个亘古未解的谜团，探索生命起源不仅要追根溯源弄清生命诞生的历史，更要了解生命与环境、整体与部分、结构与功能、微观与宏观、个体发育与系统发育，以及物质和能量与信息之间的辩证关系，以阐明遗传变异、生长分化、复制繁殖、新陈代谢、运动感应和调节控制等生命活动的机制，从而认识生命的本质，以实现人类控制和改造生命的目标。
在研究生命起源中，有宇生说、自然发生说、神创论、化学起源说、热泉生态系统等多种探索。科学家利用达尔文的进化论回答生命起源，但未得到满意的答案，且陷入最繁杂的理论迷宫。特别是“分子是不可简化的复杂性”，严重挑战了自然选择的学说。
20世纪后半叶，有关细胞的知识突飞猛进。RNA分子既有遗传信息功能又有酶功能的这一发现，为数十年踏步不前的“生命如何起源”的研究提供了契机。有人认为，信息不但出现在图画、数位序列和书写文字中，也可以编码形式存在于活细胞中。DNA的结构使它成为承载信息的理想载体。四种在DNA双螺旋中的碱基，具有存贮巨量信息的能力。
事实上，在已知的宇宙中，没有一样东西能比DNA存贮的信息更多，传递的信息更有效。数学家威廉·邓波斯基的《设计推论》一书，找出了可以辨认智慧活动的特征，认为小概率事件加上特定性，就能肯定设计的性质。
比尔·盖茨说，DNA就像电脑程序，远比我们设计的程序复杂。现在人们已有可能利用生物技术，将保存在特殊环境中的古生物或冻干尸体的DNA扩增，揭示其遗传密码，建立已绝灭生物的基因库，研究生物的进化与分类问题。
纵览科学界对生命起源的探索，似乎这个领域具有惊人的弹性，研究者以各种方式适应达尔文、超越达尔文，甚至转向新的研究框架，以不同的眼光审视生命。
太空生物探索是生命起源的重大课题，地球上的人类正在向外层空间发射电波和接收信号。外星人与地球人之间可能存在的学术和技术差距不仅是一种危险，也是自然科学的重大前沿问题，一直在持续进行。
此外，保护生物多样性也是生命科学紧迫的任务。由于生物体是由不同层次构成的，每个层次都有其自身独特的结构和功能，生死的本质也不同，对个体而言，有生必有死，死亡是生命发生、发展的必然规律。
有学者发文称，生态系统每天有100多种生物灭绝，很多生物在没有被人类认识以前就已消亡[2]，这对人类无疑是一种灾难。顺应生命科学迅速发展的形势，许多国家及一些国际组织提出《国际地圈及生物圈计划》《生物多样性利用与保护研究》等投资巨大的生命科学研究计划。这些生态学以及生物多样性保护与利用的研究，将会指导人类遵循自然规律，积极保护自己的生存环境，启发和强调人类协调发展、可持续发展，这是关系人类整体命运的战略。
地下世界——深海深地探测中开阔视野
人们总说上天入地下海，现在“上天”捷报频传，“入地下海”也在通过深地深海的科学探测，拓展人类认识自然的新视野。
深海探测带来认识深海的新时代
500年前达·芬奇设计潜水服，150年前凡尔纳写《海底两万里》，过去的科学幻想正在成为今天的现实。
探索深海在于了解海洋的奥秘、地球的奥秘。水深超过2千米的深海，占据地球表面积的3/5，无论温室气体排放的归宿，还是气候长期变化的源头，都要追溯到海水深层。海底是距离地球内部最近的地方，大陆地壳平均35千米厚，大洋地壳则为7千米。到深海底部探索，有望揭示板块运动的规律，窥探地球内部的真相。
深海探索有深潜、深钻、深网三大手段，也就是深潜科学考察、国际大洋钻探、海底科学观测网建设。
深潜是直观的深海探索，最深到达海底，在空间和时间上都有局限。20世纪后半期，人类顶住水柱压力进入深水海底。1960年“的里雅斯特”号深潜器下潜到太平洋马里亚纳海沟水深10?916米的海底，首次将两人送入地球表面的最深处。经过长期探索，深潜器发展为作业型，配有动力系统和取样设施，1979年在东太平洋发现黑烟囱热液系统。20世纪80年代，美、法、苏、日分别建造载人深潜器，最深可潜6?500米。2019年美国的载人深潜器第二次突破10?000米深度。2012年中国“蛟龙”号载人深潜器下潜至7?062米。2020年11月10日，中国首艘万米级载人潜水器“奋斗者”号下潜深度达到10?909米，在马里亚纳海沟成功坐底，再次刷新中国载人深潜纪录。
伴随自动化和人工智能的发展，无人遥控潜水器发展快、使用广，将成为未来海洋探测和开发的主要装备。如美国的“回声航海家”超大型无人潜水器，中国的“海马”号4?500米级遥控潜水器、“潜龙”号无人无缆自主潜水器、“海龙”号无人有缆潜水器等，正在壮大中国深潜器的阵营。“海斗一号”是中国首台作业型全海深自主遥控无人潜水器，搭载高清摄像系统，首次采用全海深高精度声学定位技术和机载多传感器信息融合技术，装备了全海深电动机械手，能够完成深渊海底样品抓取、沉积物取样、标志物布放、水样采集等多项科考作业，2020年5月在马里亚纳海沟完成四次万米下潜，最大下潜深度10?907米，中国成为继日、美后第三个拥有万米级无人潜水器的国家。
深钻从海底往下深入。大洋钻探技术要求高、投入大，需要国际合作。半个世纪以来，科学界在世界大洋钻井4?000多口，取回岩芯40多万米，加深了人类对地球的认识。比如20世纪70年代的大洋钻探，证实地球构造运动的板块学说，找到了气候长期变化的轨道驱动；后来的钻探发现了海底的天然气水合物，以及地壳里微生物构成的“深部生物圈”。
深网将传感器放到海底，联网观测，突破深潜运行的时间限制，从而将海面船只的短暂测量，转到海洋内部长期观测。无论遭遇台风还是地震，都可连续运作，将深海的现场数据实时送到实验室。海底观测网是预警地震海啸最有效的手段。世界上85%的火山在海底，布设海底装置能够实时监测火山爆发，将来或能对海底火山爆发做“现场直播”。
中国东海和南海分别建立海底科学观测系统，从海底向海面进行全天候、实时和高分辨率的多界面立体综合观测。近十年来，建设中的海底科学观测网除光缆联网的设备外，还有大量无线联网的活动观测平台，包括自主水下航行器、水下滑翔机、海底爬行车等。
海洋新技术催生新型蓝色经济，多功能水下缆控机器人、高精度水下自航器、深海海底观测系统、深海空间站等海洋新技术的研发应用，将为深海海洋监测、资源综合开发利用、海洋安全保障提供核心支撑。
深海开发是面向未来的事业。16世纪的“地理大发现”是横向进入海洋，现在则是垂向进入海洋。
颠覆性思想开启深地探测新纪元
我们生活在地球上，却对脚下知之甚少，如山脉和盆地怎么形成，岩浆怎么从地幔上升到地表，基地物质怎么出露，大陆怎么变形，矿产怎么形成。各大国通过探测建立对地球深部的结构模型、物质模型，来增强人类对地球深部的认知。
在地球探测方面，围绕科学研究、资源开发利用、防灾减灾等目标，人类活动范围不断向地球深部拓展。钻探是验证地球物理勘探的信息和获取地下实物样品的唯一手段，包括固体矿产钻探、石油天然气钻探、科学钻探、工程施工钻探、地热钻探。钻探目的不同，钻探深度也不同。
人类地下建筑的深度一般到百米量级，世界上最深的地铁即朝鲜平壤地铁，建在地下200米左右，最深的海底隧道即日本的青函隧道，位于地底240米；核废料的存储一般在地下500～1?000米的深度；中国在地下2?400米建设的锦屏地下实验室，是目前世界上岩石覆盖最深的地下实验室，用岩石屏蔽宇宙射线开展暗物质研究；南非姆波尼格金矿是目前世界上最深的矿井，深度达到4?350米。再往深处是科学超深井钻探项目，如美国联合多国实施的大洋钻探计划，在各大洋完成过千个钻孔，取芯深度最大超过9?500米；2018年中国实施的全球首个钻穿白垩系的科学钻井工程，钻探及取芯深度达到7?018米；目前，世界上最深钻井纪录是苏联创造的科拉超深钻孔，深度达12?262米。超深科学钻探井是入地的“望远镜”，实施一口万米的科学钻探井，其技术难度不亚于建造一艘小型航母。
总的来说，地球内部可利用的成矿空间分布在地表到地下1万米，目前世界先进水平的勘探开采深度已达2?500～4?000米，直接探测深度还未突破地球最外层的地壳，即平均厚度约17千米，探测的手段和能力还很不够，人类对赖以生存的地球了解十分有限，向地球深部进军是战略科技问题。地质勘探技术和装备研制技术方面的研发，将使地球更加透明，随着人类对地球深部结构和资源的认识日益深化，将会为开辟新的资源能源提供更多、更好的条件。
能源材料世界——伴随生态建设重塑自身
能源和材料是科技发展的两大领域，在以往推进经济社会发展的同时，也导致了环境污染、生态破坏、资源开采过度等问题。科技正在着眼解决能源、材料发展与生态环境的矛盾。现在，能源、材料和信息并列为当今高科技的三大支柱。随着国际社会在解决气候问题、生态环境问题方面达成共识并开展合作，科技在能源和材料发展上都朝着与生态环境相一致的方向，使能源和材料这两个原来独立性较强的领域，越来越走向更多的结合，趋于能源材料相统一的世界。
在人类的历史长河中，经历了以旧石器、新石器、青铜、铁器、钢铁、水泥、硅等工具和材料为标志的时代，又感受过太阳、雷电、水、火以及柴草、煤炭、石油等各种能源创造的生存环境。人类未来将迎来能源科技和材料科技的大变革，材料正在进入纳米时代，能源将进入太阳能、核能和氢能的开发和利用时期。特别是为解决气候、环境、生态问题，摆脱了能源和材料各自发展的路线，走上了兼顾生态环境的可持续发展的路子。
从某种意义上说，材料产业依托的是资源，使用资源的每一步都要消耗能源。材料的生产，是原料的开采、提取、制备、生产加工、运输、使用和废弃的过程，要消耗大量的资源和能源，并排放出大量的废气、废水和废渣，污染人类生存的环境，并带来诸如温室效应、臭氧层破坏，以及光、电磁、噪声和放射性污染等问题。从能源、资源消耗和造成环境污染的根源分析，材料及制品的生产是造成能源短缺、资源过度消耗乃至枯竭的主要原因之一。在大量消耗有限矿产资源的同时，材料生产和使用给人类的生态环境带来严重的负担。
因此，能源和材料的发展，都出于提高自身功能与改进生态环境相统一的目的，正是这样的动机和目的，材料科技和能源科技的发展都在发生革命性转变。
比如，新材料领域正在向个性化、绿色化、复合化和多功能化的方向发展，金属、陶瓷、高分子和复合材料快速进步；石墨烯、柔性显示材料、仿生材料、超导材料、智能材料、拓扑材料等层出不穷。材料强度与韧性不断强化，抗疲劳、耐高温、耐高压、耐腐蚀等性能进一步提高，为制造业发展和极端环境作业提供了更加可靠的保证。在应对航天器与大气层高速摩擦产生的高温方面，以及在太空的高真空、极高和极低温度、各种高能带电粒子等极端环境作业中，对材料提出很高的要求。在深海探测领域，中国为“奋斗者”号球形载人舱研发的高强度、高韧性新型钛合金——Ti62A，在搭载3名潜航员的大尺寸下，还要承受超过110兆帕的压力，相当于2?000头非洲象踩在一个人的背上，难度可想而知。[1]有意义的是，材料革命伴随着能源科技的进步在结合中共同发展。
全球新一轮能源革命的兴起，正在同新材料的发展相结合，推动能源技术和材料技术向着绿色、低碳、安全、高效、智慧的方向加速转型，在化石能源清洁高效利用、可再生能源、第四代核能、大规模储能以及动力电池、智慧电网等方面，都取得突破性进展。
页岩油气的有效开采，应用水平井多段清水压裂的颠覆性技术，将改变全球能源格局。应用物理与化学结合的方法形成的一项技术，将对低成熟度页岩油、稠油进行原位改质，有效地开发和利用巨大油气资源。纳米技术和新材料在提高油气采收率，催生地下纳米机器人驱油和地下油水分离技术等方面，使多用途激光工具与钻井技术结合，有可能颠覆传统的钻井方式，由激光熔融替代机械破岩，提高钻井效率。
氢能源将对能源领域产生颠覆性影响，主要是其低成本、高性能的氢燃料电池技术和低成本、高效率的工业化制氢技术。氢能作为二次能源已经上升至我国战略能源的高度。如果借助石墨烯、纳米超材料的电解制氢技术取得重大突破，氢燃料将可能大规模甚至完全替代化石燃料。随着新材料聚合物电解质膜燃料电池技术的成熟，以及相关基础设施的完善，以氢能为动力的汽车、火车和轮船，将替代燃油机动车成为主要交通工具。欧洲已开展天然气管道掺输氢气的试验项目，为氢产业大规模发展做准备。薛其坤院士认为：“获取氢能源的途径在于高效的太阳能转化技术，还需材料科学、量子科学、AI等学科的科学家共同努力。”[2]
储能技术可为电网提供调峰调频、削峰填谷、黑启动、需求响应支撑等多种服务，提升传统电力系统的灵活性、经济性和安全性。
在可再生能源开发方面，储能显著提高风电和太阳能发电的消纳水平，支撑分布式电力及微网。随着分布式光伏、小型生物质能源、天然气冷-热-电三联供、燃料电池等分布式能源技术的日益成熟，以及相关的储能、数字化等技术的进展，分布式能源将获得迅猛发展。储能还将在能源互联互通、融合新能源汽车在内的智慧交通网络方面发挥关键作用。
基于新材料的新型电池储能技术，如石墨烯超级电容器、碳纳米材料自储能器件、超导电磁储能技术等，有可能为能源行业带来颠覆性影响。如果低成本、高效率的储能技术进入大规模的商业化应用，将极大地促进可再生能源的发展，使新能源交通工具大规模甚至完全替代燃油交通工具。大规模储能系统的应用，将更加高效地促进能源转换与利用，实现能源的时空平移，解决能源在生产、传输以及使用环节的不同步性等问题。
目前，多种储能技术已展示巨大发展潜力，如物理储能、电化学储能、储热、储氢等，在新能源并网、电动汽车、智能电网、微电网、分布式能源系统、家庭储能系统、无电地区供电工程等不同应用方面，具有广阔的市场前景。
可控核聚变将会成为人类理想的终极能源。可控核聚变的主流技术主要有磁约束核聚变和惯性约束核聚变两种。目前，全世界核聚变相关研究计划较多，如国际热核聚变实验堆计划、美国国家点火装置、美国悬浮偶极子试验装置、加拿大通用聚变、欧洲高功率激光能源研究计划和德国Welstein7-X等。2007年中国加入国际热核聚变实验堆（ITER）计划，也推动了中国自身的核聚变科技研究。中国已圆满完成聚变工程实验堆（CFETR）概念设计，正式开展工程设计。
中国环流器2号A（HL-2A）装置和全超导托卡马克核聚变实验装置等大科学装置也先后建成，多项物理实验研究成果居于世界前列。HL-2A在中国首次实现了偏滤器位形放电、高约束模式运行。2017年7月，“人造太阳”?在世界首次实现?5?000?万度等离子体持续放电?101.2?秒的高约束运行，再次创造了磁约束核聚变研究新的世界纪录。[3]先进核能技术的研发重点，是研发固有安全特性的第四代反应堆系统、燃料循环利用及废料嬗变堆技术，以及核聚变示范堆的设计与实现，确保可持续性、安全性、经济性和防核扩散能力。
人类一旦掌握了可控核聚变技术，就等于掌握了恒星的能量利用方式，将拥有取之不尽、用之不竭的能量。因为核聚变的原料来自海水里的氚元素，原料成本几乎可忽略不计。有了可控核聚变，就有了无限廉价电力，到时内燃机将成为历史，石油沦为化工原料；极大降低矿物开采、提炼成本；大规模海底渔业养殖、大规模沙漠农业成为可能；粮食问题彻底解决，无需耕地，直接无土栽培，用海水淡化，电费忽略不计；星际航行成为可能，开发太阳系不再是梦想；温室气体得以控制，大型绿化得以实现，不计成本改善地球生态。这是我们最期盼的未来。[4]
此外，各类新兴技术将会对现有能源市场带来深远影响，比如先进材料的开发可以显著提高电池性能，比如通过回收从空气中捕捉的二氧化碳来合成燃料，而将合成气体转化为液态碳氢化合物的过程还需要“费托合成”，而合成这种燃料也必须耗费更多的能源，包括电能与热能，这些问题都需在研究和探索中予以克服。[5]
总之，人类正生活在一个材料与能源构建的新世界。新材料与新能源的产业化，涌现出大量新产品，渗透到生产、工作和生活之中，改善了人们的生存条件，提高了人们的生活质量；新材料和新能源奠定着新的经济与技术基础，成为国家经济实力的一个标志，改变着世界面貌；新材料科技和新能源科技，推进了人类对自然的新认识，拓展了人的生存能力与发展空间，从某种意义上说，推进了人类文明的进步。
数字世界——信息智能技术超群出众
几十年来，在诸多科技领域发展中，信息科技越来越显示出主流作用，信息技术汹涌而来，影响力震撼，特别是云计算、大数据、人工智能和区块链等新一代信息科技不断爆发，亮点频闪，在广泛应用和产业化中，开始形成一个数字化的世界，这在科技发展史上极为少见。当然，信息科技的爆发取决于前期积累，是量变引起的质变，而且技术发展本身会加速演变进程，当它们突破一个奇点，一切相伴而来。接下来，我们由近及远来盘点信息科技的重要发展节点。
2021年火起来的元宇宙
元宇宙（Metaverse）是新出现的融合性信息技术。“Metaverse”一词由“Meta”和“Verse”两部分组成。“Meta”意为“超越”，“Verse”意为“宇宙”，合译为“超越宇宙”，形容一个广阔的虚拟空间，就是未来的互联网。
第一代互联网是个人计算机（PC）时代，第二代则是移动互联网时代。第三代互联网，就是未来互联网，它是由虚拟现实、增强现实、混合现实、数字孪生、大数据、物联网、云计算、人工智能、区块链等数字智能技术融合而成的虚拟世界，它将是一个持久的、共享的、三维的空间。
元宇宙属于新出现的融合性技术，我们在这里对此详加阐述。
1．?元宇宙的两个起源
元宇宙的社会起源和科技起源，反映了生产力与生产关系的辩证统一关系。
一是社会起源。20世纪五六十年代，西方社会物欲横流，人们在表面富裕的陷阱中沉醉于物质的消费。后来“中产阶层”在世界一些地方崛起，他们的休闲时间增多，劳动时间相对减少，不少人在物质消费中逐渐迷失自我，社会不断被物化和异化。在愤世嫉俗、充满戾气的情绪笼罩下，人们很想寻找精神寄托，期求心灵净化，得到些许慰藉。小说《雪崩》中的元宇宙正是人们向往的精神世界的反映。
人有生物和精神两种功能，集于一身，不可分割。只有当物质需求得到一定保障后，人类才能更好地将现实世界与精神世界联系起来。机器人取代人的劳动，正好具有这样的发展趋势，相信以后有条件使人的精神功能得到充分发挥。那个科幻的元宇宙将有条件变成现实。
仅有社会起源，没有科技跟进，元宇宙可能永远停留在理想和科幻状态。幸运的是，元宇宙的科技与人们的愿景，亦步亦趋。
二是科技起源。科技的启动和发展，是将理想和科幻变成现实最可靠的方法。“人们能想到什么，科技大体总会为我们塑造出什么”，科技的发展使这句话越来越像真理。
第一，创造虚拟环境。20世纪60年代虚拟现实（VR）、增强现实（AR）技术的出现，生成最早的虚拟环境，似乎反映了人们对虚拟性精神世界的迫切需求。
第二，虚拟技术小融合。20世纪90年代虚拟现实、增强现实掀起热潮。钱学森了解到虚拟现实技术后，想到将之用于人机结合和人脑开发的层面，并给其取名为“灵境”，他认为灵境技术的产生和发展将扩展人脑的感知和人机结合的体验，使人与计算机的结合进入深度结合时代。[1]
随着虚拟现实与增强现实逐渐走向融合，两者优势互补，形成混合现实（MR），使合成物体和现实物体能够实时交互。
第三，数字孪生出现。21世纪初产生了一种以仿真为核心的技术，带来数字映射、数字镜像，类似实体系统在信息化平台中的双胞胎，在实体与虚拟的数据和信息交互中可发挥重要作用。
第四，虚拟技术大融合。2016年出现的扩展现实（XR），融合了虚拟现实、增强现实、混合现实，可在计算机生成的环境中进行创造、协作和探索，并在2018年迎来虚拟技术的火爆发展。
第五，数字技术的支撑。互联网、物联网、人工智能、传感器、区块链、5G等通用型数字技术加速发展，在支撑沉浸式技术中，促进虚拟技术与通用性数字科技的结合。随着分布式存储技术为底层的降低信任成本，为去中心化提供了可能，可让价值上网，并使虚拟世界更加宏大和丰富。
经过几次技术融合，元宇宙形成运作机制。与以往基于数字技术的虚拟产品的最大不同在于，元宇宙的目标是基于多种数字技术形成的系统化复合数字世界。
第六，元宇宙横空出世。2021年有两个事件标志着元宇宙的产生。一个是带有元宇宙性质的一些游戏公司，对原始游戏进行了某些突破，使参与者不仅融入游戏中，还能在游戏里设计游戏，使玩家成为游戏的一部分，同现实世界一样可以交流互动，这种运转机制鼓励了这类游戏公司，如游戏平台Roblox当年就曾在纽交所上市。
另一个是Facebook（脸书）改名为Meta，不管当时出于什么动机，一些互联网公司先后跟进，并制定各自类似于元宇宙的战略策略。其实，在此之前已有互联网公司想到了虚拟技术的发展，如2020年年底腾讯公司创始人马化腾就提出“全真互联网”概念，致力于打开虚拟世界和真实世界交互的大门。这些都反映了元宇宙发展的客观趋势，元宇宙的探索浪潮开启了。
元宇宙的科技起源是相关技术融合和集成的过程，加之社会现象和人们的动机，使元宇宙的目标驱动更加明确，就是积极促进人的生物功能与精神功能的结构合理，发挥更好的综合效果，使元宇宙始终朝着为人类服务的方向发展。
2．?元宇宙的两个发展
元宇宙产生后既要朝着人们理想的终极愿景前行，又要尊重现实，遵循规律，循序渐进地推进。尤其要明确发展的远期目标与近期目标的区别，防止混淆远近发展的不同目标设定。有段时间，部分人把远期发展误以为近期发展，失去对元宇宙发展的理性引导，导致相关投资上下波动。因此，要警惕这种现象的反复，保护好人们对元宇宙发展的信心。
一是远期发展。未来元宇宙发展有个终极愿景，就是要迎来一个元宇宙时代。在元宇宙时代，无论参与主体、功能作用、科技条件，同近期发展都不相同。
在主体上，参与元宇宙的应该是多数人。到时可能机器人已取代相当一部分人的劳动和工作，人类主要从事智能劳动，加之普遍使用机器人后，相应的分配制度变革，人们的物质和文化消费有可能得到保障，进而使很多人从事科技、研究、娱乐、游戏、创作等能获得精神快乐的智能劳动。
元宇宙是与实体世界平行的虚拟世界环境，正好适应人类以精神、文化、智能、创造为主的工作。这就有点儿像马克思设想的人的全面发展和自由人联合体的描述。
在功能上，虚拟与现实实施交互可以做许多事情。它将给人们的生活和产业带来更多的价值。比如，在元宇宙可以与朋友和家人聚会、工作、学习、玩耍、购物、创造，收获当前难以想象的全新体验。又比如，未来信息将以全息图的形式被瞬间传送，无需借助交通工具就可到达办公室，或与朋友们参加音乐会，或回到父母家中。再比如，在现实的工业场景中，我们可以实现远程协作来指导维修、维护等工作。
当然，人们不会浪费元宇宙的便利，将会把更多时间花在有意义的事情上，包括经济、社会、文化等方面的发展。现在的数字智能技术在社交文化的应用方面已占优势，未来元宇宙的社会和文化会更加发达。
数字经济已成为经济发展的重要增长极，元宇宙将成为数字经济的更强劲推动力，带来数字经济的更大繁荣。
特别是将数字技术的二维应用转变到三维的虚拟世界，产生的数据和流量将成倍增长，通过大量运用物联网、传感器、人工智能、区块链、云计算、大数据和先进网络等技术，数据要素充分流通，必然会带来经济效益的指数级提升，那时的数字经济规模和质量将是现今无法比拟的。
可以说，元宇宙是典型的数字经济形态，“具有永续性、开放性、自治性和沉浸感等特征，符合现代经济的发展趋势”[2]。扎克伯格说，元宇宙“将会成为数十亿人日常生活的一部分”，将会对人类发展产生深远影响。
在技术上，现在遇到的问题将逐步得以解决。元宇宙经过若干阶段，经过几十年甚至一个世纪的发展，加之元宇宙融合性技术的导入期和产业化过程，技术及其融合会相当成熟，那时的元宇宙，将不再需要3D眼镜或VR式头枕，手机和日常设备将能弹出3D全息图，而3D全息显示器可提高动态影像逼真度，声学全息图改善超声成像，基本上能保障和支撑多数人进入元宇宙，在虚拟世界接触到的任何事物，都能让人身临其境。当然旧的技术问题解决了，还会出现新问题。
有了终极愿景，近期发展才有信心和奔头，由近及远，逐步实现美好理想。
二是近期发展。受技术和社会条件等因素制约，近期的元宇宙只能是局部和探索式的发展。虽然构成元宇宙的单项技术，在产业上的应用已经成熟，但是多种技术的融合，还需在元宇宙机制的探索和运转中不断磨合和完善。因此，相比未来的元宇宙，近期发展会有一些欠缺。
在主体上，暂时不会形成社会的广泛性参与。因为多数人迫于现实就业和物质生活需求，没有更多时间和心情进入虚拟世界。近期探索中的元宇宙很可能是针对新一代数字原住民、知识分子、中产阶层、有闲人士。即便多数人进来，技术和内容也难以承受和满足。
在功能上，现在一些功能还欠成熟或未开发出来。融合了整体技术的元宇宙，还不能涉猎更多产业，不能成为人们的一种日常生活。
元宇宙的近期发展可能更多应用于游戏、娱乐、旅游、培训、会展、体育和个别实体产业，不能真正构建现有物理世界的完整数字映像，也就无法全面覆盖人类的工作和生活。近期发展是对未来元宇宙发展的积极探索，需要积累经验。当然，对涉及元宇宙的有些产业可以进行战略投资、长线投资。
在技术上，目前元宇宙还是各种科技的粗放式融合。比如，仍需戴头显，即便应用5G网络，假如带宽和网络质量有问题，应用虚拟技术的人相对集中，也会出现卡顿现象。特别是交互的网络架构、操作系统、应用软件等技术还需要加强研发。
重视近期发展和探索，向着未来挺进，就会逐渐驾轻就熟，举一反三，逐步扩大元宇宙的发展覆盖面。
3．?探索元宇宙的两个准备
对元宇宙的探索，要做好思想和行为两方面的准备。
一是认识准备。现在对元宇宙最大的共识是，它是一个与现实世界平行的虚拟世界。有三个观点极为重要。
第一，身临其境的虚拟世界会比现实世界更加广大。过去我们通过阅读报刊书籍、观看各种影视内容来了解世界，缺少沉浸感、真实感。真正身临其境了解世界，就需要我们徒步或者乘坐飞机、高铁、汽车等各种工具，亲身到达现实中的某个地方，即便从事外交、外事、外贸、旅游和探测工作，人的一生所能到达的地方也很有限，去不了更多、更远的地方。
但是，元宇宙与实体交互，通过沉浸感受帮助我们走进更广泛的世界，包括各国城市村庄、各种地理环境，甚至外太空。元宇宙会方便我们到达现实不能到达的地方，而且会有种逼真感。因此，有人说未来是一个真实世界要面对多个虚拟世界。
第二，元宇宙会让人类的意识永恒存在。人类借助脑机接口技术上传人的思维体系到数字世界，将逐渐摆脱肉体的束缚，取而代之的是永恒的精神意识，元宇宙可以直接刺激人类神经元，实现我们想要的任何感官享受。人类可能会完成从物理世界到数字世界的高度迁移，从而以意识体的形式实现永生。
随着人工智能的不断发展，用户在虚拟世界的“化身”或数字人会越来越逼真，将在真人过世后依旧存在。同时，基于完全自愿的原则，参与者可随时叫停，删除已采集的全部数据。需注意的是，这样做是否符合道德伦理要求。
第三，虚拟现实越来越逼真。本质上虚拟世界也是现实世界衍生的产物，从唯物辩证法的思想来看，任何事物都不是凭空想象的。所有解决虚拟世界的问题都会在现实中找到答案。
元宇宙的虚拟主流化趋势，将使虚拟世界与物理世界一样真实，我们无时无刻不连接在网上，虚拟世界和现实世界的边界越来越模糊。比如，机器智能正在完成更多以前由人类完成的工作，机器将解释手势，预测我们的眼睛会看哪里，识别情绪，甚至是我们神经元的生物电，等等。[3]
虽然元宇宙是虚拟的，但其实也充满了物质和能量。比如微纳技术、微电子、微机电、微智能系统，高度凝结了大量精细化的材料和能量。量子物理也让我们对世界的理解有了天翻地覆的改变，比如，英特尔的尖端芯片上，摆放了数十亿个微处理器，就要归功于量子力学。其实，这种现象符合了物质、能量、信息并存中，信息的比重越来越大的趋势。
有了认识上的准备，就会在适应元宇宙的探索中，做到心中有数，逐步推进。
二是适应准备。元宇宙突如其来，对许多人来说，有点弄不清，看不明，除了上述起源和发展的铺垫，还要做好三方面的适应。
第一，技术上的递进式适应。常用的各种网络链接，都在不知不觉中快速升级。固定电话把固定的各个地点连接起来，移动通信和互联网使每个人之间都能互联互通，物联网把所有的东西连接起来，元宇宙将把地点、人、物以立体场景的方式连接起来。
第二，由平面应用到立体应用的适应。现在，我们生活在现实世界，其实也生活在诸如微信、博客、抖音等若干虚拟世界，微信等平台像个平面元宇宙，我们每天在朋友圈、公众号、博客、抖音上表达观点、发布图片、分享各种各样的生活。对大部分人来说，线下线上生活表现出来的人格和社会关系，没有太多不同。但也有很多人在线上和线下完全不同，生活中沉默寡言，到网络里就滔滔不绝。
未来的元宇宙就是今天看到的每个小的平面元宇宙的立体化、动态化。我们今天看到的华为、阿里巴巴、腾讯、百度、京东、字节跳动、美团、小米、苹果、亚马逊等所有科技公司，都在推进一个技术融合的元宇宙。
第三，由部分应用到广泛应用的适应。目前的娱乐、游戏、会展、培训、教育、体育、旅游，及个别先驱实体产业，经常应用元宇宙，就是未来日常生活和工作应用元宇宙的一种操练，这样将会自然过渡到元宇宙的普遍使用。
有意识地注意适应环节，就会在正确的认识指导下，少走弯路，顺应逻辑，把理性的认识变成自觉的行为。
抓住元宇宙起源和发展的机会，在于深刻认识和适应元宇宙的探索浪潮。
2017年以来更加瞩目的虚拟货币和区块链
区块链是所有创新技术中颠覆性最大的，它的应用及带来的结果最难预测。但至少我们相信，智能合约[4]平台将会改变未来经济资源利用的终端活动、企业追逐资本的方式、人们获取劳动报酬的方式。
各种类型的加密数字货币的技术基础是区块链，有人将其称为网上网。它是一种看不见、摸不着的虚拟技术，却具有足以颠覆时代的力量。它的价值不仅在于支撑虚拟货币一路前行，而且其影响正在溢出金融及科技领域，重塑世界，并有望带领人类从信息互联网时代过渡到价值互联网时代。
现在使用的各种数字支付方式已经逐渐取代原来的现金流通，未来的数字货币将会颠覆几千年来使用的支付方式。区块链具有长远潜力，不是短期内就能见到它的全部功效的。2013—2014年，当时20岁左右的维塔利克·布特林（VitalikButerin）创办了以太坊（Ethereum），从此，以太坊成了一个开源和具有智能合约的公共区块链平台，或者是下一代加密货币与去中心化应用平台。
VR元年和2020年AR/VR“解冻”
VR是虚拟现实，AR是增强现实，MR是混合现实。2016年是VR元年，之后几年低调发展。2021年全球虚拟现实产业进入新一轮爆发期，这也是以VR/AR为代表技术之一的元宇宙在2021年得以火爆的基础。
2016—2017年的虚拟现实与增强现实技术改变了人与人、人与软件系统交互的方式。特别是增强现实将计算机生成的图像甚至声音叠加在我们对现实世界的感知上。AR在技术上是一个巨大的挑战，用户可以利用它从多角度理解三维环境，AR的基础是虚拟投影与现实世界的集成。
2018—2019年的沉浸式体验技术扩展了AR和VR的混合现实，带给用户沉浸式体验，构造虚拟的沉浸式环境。2020年的多重体验技术注重为用户带来多重感官与模式的体验。VR/AR迎来发展的春天。
2014年起人工智能总在沸腾中
2014—2015年开始火热的智能机器（SmartMachines），将环境感知技术与深度信息分析相结合，设计出能让系统认识环境、自我学习以及自主行动的高级算法。
2016年着重对万物联网信息和先进机器学习算法的利用，带来智能软件的解决方案。2017—2018年的智能物件技术，利用人工智能和机器学习实现高级行为。2019—2020年的自主物件，倡导利用人工智能技术实现传统上只能由人类执行的任务，从而更自然地与周边环境及人员进行互动。
人工智能研发如火如荼，整体进入快车道，不同领域有各自的特色和精彩。虽然总体上仍处于弱人工智能阶段，但是计算机的记忆能力和计算能力已远超人类，人工智能正在快速地由弱人工智能走向强人工智能，再进入超人工智能。人工智能与人类的思考方式不同。目前人工智能正在向着整合和深度的趋势发展，以深度学习为代表的人工智能将推动科技、医疗、电子、金融等行业的快速发展。
当然，人工智能在情感和创造性方面还有很大差距，人工智能可以干成年人干的活，但理解能力不如一岁小孩。它做不到把物体放到有障碍物的桌子上。
戴琼海院士曾在题为“人工智能未来的理解与创造”的演讲中指出，在自动驾驶领域中，人工智能已凸显其在鲁棒性、迁移性及能效比等方面的问题；在医疗领域中的应用凸显了人工智能算法自适应能力的局限，例如在做预测时发现对女性脑卒疾病的预测准确度不高；人工智能可解决一定的问题，但其工作原理还没有明确的可解释性。人工智能发展也有不顺，在深度学习领域，它还会遭遇瓶颈期。
人工智能的征途是星辰大海，未来发展空间广阔。总体上人工智能的进步速度比我们想象的要快。未来人工智能应该具备对大场景、多对象、复杂关系的精准理解，这样才能弥补现有人工智能的不足。“深度网络的发展很大程度上受到脑科学的启发，仅仅视觉听觉部分脑功能的发现，就极大推进了人工智能的发展。如果有机会了解全脑，相信那更会为人工智能带来巨大变化。”人类从20世纪中期开始探索人工智能，现在它已成为增长最快的领域之一，并且俨然成为一个非常广泛的概念，其影响将更加深远。
智能制造技术与再度兴起的机器人技术
智能制造作为新一代信息通信技术，与制造技术融合发展，代表着先进制造技术发展的主要方向，而机器人是实现智能制造的重要且特殊的载体。
智能制造的核心思想是以信息通信技术、自动化技术与制造技术交叉融合为基础，实现跨企业产品价值网络的横向集成，贯穿企业设备层、控制层、管理层的纵向集成，以及从产品设计开发、生产计划到售后服务全生命周期的工程数字化集成。智能制造能极大地提升产品的创新能力，增强企业快速响应市场的能力，提高生产制造过程的自动化、智能化、柔性化和绿色化水平，提升产品的质量和品牌影响力，促进制造业向产业价值链高端迈进。
新一轮智能制造发展的主要技术特点是信息化与工业化深度融合。通过大数据、云计算和物联网等泛在信息技术的应用，实现制造全过程深度信息化，打造新一代信息物理融合系统，实现智能制造的战略目标。机器人必将是未来智能制造的重要使能装备。机器人是高端智能装备的代表，是战略支撑技术，对现代制造业、民生服务业、国防安全和社会发展至关重要，被称为“制造业皇冠上的明珠”。
机器人诞生于20世纪60年代，其设计宗旨是在人类不可达或不适合于人类生产生活的环境中，辅助甚至代替人类高效率、高精度、高可靠性地完成各项工作。传统的工业机器人和以空间、深海探测为代表的专业服务机器人，贯彻了上述宗旨。在新一代信息通信技术、人工智能技术带动下，新一代机器人将突破感知、智能等核心技术瓶颈，具备强大的人机交互能力，形成与人、机器、环境间的多重协调能力，向上作为信息空间的有力延伸，向下覆盖更多制造功能，沿着人机协调与共融的方向发展。
机器人在探索空天海洋未知世界、改善人类生活质量等方面，将发挥不可替代的作用。机器人代替人类登上月球、火星，下潜到深达万米的海底，探索空天海洋未知世界。研发安全的新型智能化机器人装备，不仅能广泛地代替人类从事生产劳作，而且能够直接、安全地服务老年人、辅助残疾人。[5]国际机器人联合会预测，机器人革命将会创造数万亿美元的市场。当前，德国、日本、美国等掌握着这一领域的一些核心技术，在机器人生产方面占据绝对优势。
2012—2016年火热的物联网成为技术行业主导
随着网络技术提升、网络空间扩张，由互联网人人互联，发展到物联网万物互联。
物联网是互联网的延伸，是建立在互联网上的泛在网络。物联网是通过射频识别、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定协议，把所有物品与互联网相连接，进行信息交换和通信，以实现对物品的智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。
物联网通过传感器相互感应，将用户与物体连接起来，使智能感官的人和物相互作用，进行信息交流与沟通。
如果用人体来比喻物联网，传感器相当于人的眼睛、鼻子、皮肤等感官，网络就是神经系统，用来传递信息，嵌入式系统则是人的大脑，在接到信息后要进行分类处理。
物联网的创新是集成性应用的创新，一个技术成熟、服务完善、产品类型众多、界面友好的应用，将是设备提供商、技术方案商、运营商、服务商协同合作的结果。
物联网技术最初以实现移动设备互联为核心，2014—2015年物联网聚焦各种事物数字化，结合数据流提供服务。2016年在数字化背景下，构建新平台、采用新架构，实现万物信息互联。2017—2018年物联网平台技术发展到期望膨胀期，物联网更多地将人、流程、数据和事物相结合，使网络连接变得更加相关、更有价值，加上地面基站与卫星通信集成，从而真正做到覆盖全球。
知名投资人孙正义认为，2021年全球拥有18亿台PC、86亿台移动设备、157亿台物联网设备。2035年这类数据将会增长2?400倍，在未来20年，物联网设备的数量将会超过1万亿台。物联网将与人工智能密切结合，如同眼睛与大脑的配合，会使生物得到新的进化。物联网将会引领新一轮技术爆炸。
2012—2013年大数据和算法广受关注
“大数据”是新近出现的术语，人们对它有不同的定义。实际上将传统的软件和数据库技术难以处理的海量、多模态、快速变化的数据集称为大数据，至少涵盖数据量、数据种类和数据采集速度等关键内容。有人增加了数据的真实性和它们为企业带来的价值。有效挖掘大数据的价值已成为信息技术发展的重要方向。因为后期大数据多隐含在相关计算以及人工智能技术中，其发展更多体现在具体的技术应用方面，如人工智能、机器学习、数字孪生、超自动化等技术。
从趋势看，数据权立法将从智慧城市向全领域拓展。数据权是区别于物权和知识产权的新型产权，只有在数据权界定清楚的前提下，数据才能按照市场规则、资本利得规律合理流动，从而减少信息孤岛，避免陷入数字化鸿沟。
算法是传统的，人工智能作为算法则不同于传统算法。根据我们想要从数据中获取的信息和知识的类型，我们将从中提取一种或几种工具。这些工具中有许多是以传统算法的形式出现的，也有对这些算法的改进或改编，其统计和代数原理非常相似。
现在这些算法之所以比以前更有意义，是因为现在可用的数据量比上述算法最初构想时要大得多，特别是机器的计算能力允许在更大范围内使用这些技术，给旧的方法以新的用途。
在某些方面，人工智能在大数据和数据分析中起着不可或缺的作用。人工智能相对于传统算法的优势在于，它能够产生新的算法来解决复杂的问题。它独立于程序员的输入。一般的人工智能，尤其是机器学习是发明算法的算法。
2010年云计算风起云涌，2019年崛起边缘计算
现在云计算拓展到分布式云计算。由于云服务常与物联网、会话系统等技术融合应用，云技术成为一些战略技术发展的核心与基础。
从云计算发展趋势看：
一是云网融合，将从基础设施即服务（IaaS）、平台即服务（PaaS）、软件即服务（SaaS）逐步升级，市场价值逐步提高。
二是软件云服务，电信运营商、软件企业、云服务企业能够百花齐放，出现更多新的软件服务巨头，为企业节省巨大成本。
三是基于移动互联社交的云存储爆发。2018年起，随着物联网技术出现后，信息数据呈爆炸式增长，从云到边缘的技术发展成为主流，集中式的云计算模型已无法满足万物互联背景下的海量数据的高效传输以及处理需求。
四是云原生平台运用云计算的核心能力。为了能在任何地方提供数字功能，企业将转向云原生平台，通过运用云计算，向技术创造者提供可扩展的弹性信息相关能力和服务，缩短价值实现时间并降低成本。
2019—2020年边缘计算凭借对海量数据进行实时处理的边缘计算平台，成为战略性技术的热点。
70多年，6个世界，远不是科技的全部和真实面貌，科技的宇宙有多个世界，难以数清。它的标准不是固定的，有我们感知的基本范围，也有我们感知不到的潜在世界。以上罗列的也仅仅是我们主观的认知，是显性的世界。我们期望的可能会出现，我们没有期望的也可能意外地给我们带来惊喜或悲伤。如果从我们的逻辑看，似乎科技的世界没有大小之分、领域之分，或许有失平衡和秩序，其实科技的每个世界都是以它所推进的程度以及带来的成就来衡量的。
我们以为微不足道的东西，科技可能将其放大成一个很大的世界，而我们认为很重要、成规模的范畴，科技可能将它归为十分渺小的单位。况且不同的人对于科技的认知也不同，如果换另外的朋友来概括科技的世界，可能会将生命世界划归到微观世界，也可能将能源世界单列为一个庞大的世界，将材料科技作为一个独立的王国……那将会是另一番景象。毕竟科技是由人的主观和客观规律结合起来决定的，有许多人类还难以把控的未知。既然科技可以预见未来，那它定会有无数胜过未来的招数，否则它怎么会去以小见大、以今天预判明日呢？让我们拭目以待。
[4]智能合约（smartcontract）是一种旨在以信息化方式传播、验证或执行合同的计算机协议。
