文·姜念雲本報記者 滕繼濮

　　你開著混動汽車，通過導航儀找到了特色參觀，你在堅固溫暖的房子裏用手機查看著一週的天氣預報，你足不出戶就能通過電商買到國外的牛奶，你坐在影院裏一邊吃著爆米花一邊看著最新的3D大片……

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

　　記者了解到，近期科技部高技術中心，根據國家軟科學研究計劃項目“世界高技術發展趨勢跟蹤研究”的任務要求，組織資訊、材料、能源、先進製造、交通及基礎研究等領域，來自863、973計劃專家組，以及有關高校、研究院所和重點企業的總計230多名專家，採用文獻計量和定性分析相結合的方法，通過對相關領域具有領先優勢的國家與企業的有關科技計劃、規劃、發展動態和戰略部署的梳理，以及對相關核心期刊、國際學術會議等的學術文獻資料資訊的統計分析，提出了各領域當前十個左右共計61個前沿熱點。

　　經過進一步凝練，他們提出了當前十大最具備變更潛質的前沿技術。

　　 1.

　　碳基奈米材料

　　碳基奈米材料是指具有獨特微結構和性質的碳材料，主要包括石墨烯碳、奈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，具有高導電性、高韌度、高強度、超大比表面積、突出的導熱性能等特性；碳奈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聯等特性；零維碳量子點有別於傳統具有毒性的量子點，它具有環境友好，生物相容性好，熒光強度高、不閃爍等獨特優勢，還是一種極佳的發光材料。

　　碳基奈米材料已成為全球科技和産業競爭最激烈的研究領域之一，備受科學界、産業界和各國政府的高度重視。隨著碳基奈米材料不同製備技術和後續應用技術的逐漸成熟，將在半導體産業、光伏産業、新型儲能材料、生物制藥、複合材料、航太、軍工、新一代螢幕等多個傳統和新興産業領域帶來革命性的技術變革，成為下一個千萬億級的産業。

　　2.

　　半導體奈米材料

　　三維空間尺度至少有一維處於奈米量級（小于100nm）的半導體材料稱為半導體奈米材料。由於尺寸及量子限域等效應的存在，半導體奈米材料具有一些體材料所不具備的獨特性質。基於這種特性，可以設計、製備性能更為優異的器件。因此，半導體材料性能在奈米層面的優化與應用拓展始終是半導體材料研究的熱點之一。同時，半導體奈米材料與新能源、生物技術等新興方向的交叉融合，也衍生出了一系列新的研究熱點。

　　半導體奈米材料與技術正在以前所未有的深度和廣度改變著世界，並在科技方面開闢了認識自然的新層次。半導體奈米材料帶來的各種新原理、新應用、新器件，極大地豐富、改變了半導體學科的研究面貌，在諸多領域引發了新的技術革命，成為當今最富活力高新技術領域之一。

　　 3.

　　突破衍射極限的光學光刻技術

　　作為微納資訊器件製造的先導和主流技術，光學光刻技術發展正面臨著原理性障礙：光學光刻分辨力這一核心技術指標的提高受到衍射極限的限制。表面電漿體成像光刻技術、表面電漿體局域光刻技術等以突破衍射極限，建立超分辨成像光刻理論和技術體系為目標的技術熱點，已成為資訊領域的重大科學技術問題之一。

　　這些技術一旦成熟，可提供小于32nm、22nm甚至10nm節點以下的光學光刻技術，從而有望解決國際上傳統光刻技術路線衍射受限的理論和技術困境，成為新的光學光刻方法和工具。

　　 4.

　　鐳射微納製造

　　鐳射微納製造是微納製造技術的重要部分。鐳射微納製造是通過鐳射與材料相互作用，改變材料的物態和性質，實現微米至奈米尺度或跨尺度的控形與控性。由於鐳射微納製造在能量密度、作用的空間和時間尺度、製造體吸收能量的可控尺度都可分別趨於極端，而使製造過程所利用的物理效應、作用機理完全不同於傳統製造，其製造複雜結構的能力與品質遠高於傳統製造，由此産生了一批新技術（如光刻、近場奈米製造、干涉誘導加工、微焊接等）、一批新産品（如大規模積體電路、MEMS/NEMS等）、一批産品的高性能化（如航空發動機、燃氣輪機、太陽能電池等）和相應的高新技術産業群。

　　鐳射微納製造涉及光學、物理、材料、化學、生物、資訊、控制、機械、奈米科技等學科，必將推動製造及相關學科的深入發展。併為能源、航空、IC製造、國防、汽車、生物、醫療等領域實現跨越式發展提供重要的製造支撐。

　　 5.

　　光電子整合晶片技術

　　光電子整合晶片技術是將光電材料和功能微結構整合在單一晶片上，實現系統功能的新技術。即將多個光電子分立器件，如鐳射器、光調製器、光探測器、光放大器和解復用器等通過合理的優化、設計、工藝加工和封裝，整合到單一晶片上。

　　光電子整合晶片能夠發揮高密度整合、價格低廉，以及光子極高頻寬、超快傳輸速率和高抗干擾性的優勢，具有低功耗、高速率、高可靠、小體積等突出的優點，在光傳輸、光資訊處理與交換、光接入以及光與無線融合等領域的關鍵環節具有重要作用，是突破資訊網路所面臨的速率和能耗兩大技術瓶頸的必由之路。光電子整合晶片技術在光傳感、光計算、生物傳感、醫藥、農業等領域也有著廣泛的應用前景。可以預見光電子整合晶片技術對於光電子領域的發展，將會帶來一次具有里程碑意義的變革。

　　6.

　　後摩爾時代三維互連整合及晶片設計

　　三維積體電路（3DIC）是指將兩層甚至多層積體電路部件通過垂直或水準互連整合為一個晶片。三維積體電路和三維封裝之間的區別在於是否整合為單一晶片。三維封裝指多個晶片封裝在一個管殼內，晶片與晶片之間通過片外互連連接。

　　三維積體電路（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；將帶動相關材料、製造、封裝和測試技術的發展；帶動小型化積體電路應用技術的發展，從而為汽車電子、人體穿戴式設備和植入式應用打開了大門。

　　3DIC是下一代積體電路的根技術，對於電子系統小型化、低功耗和高性能都將産生重要影響，可能帶來中央處理器（CPU）、系統晶片（SOC）體系架構的演進，工藝和封裝及EDA技術的革新。3DIC發展和應用前景廣闊，將對智慧手機、醫療電子、高性能計算、物聯網、汽車電子、監控和安全等産業格局引發深層次影響。

　　7.

　　碳化矽電力電子器件技術

　　碳化矽電力電子器件是有別於傳統基於硅材料的、具有寬禁帶的電力電子器件。

　　碳化矽電力電子器件的重要系統優勢在於具有高壓（達數萬伏）高溫（大於500℃）特性，突破了硅基功率半導體器件電壓（數kV）和溫度（小于150℃）限制所導致的嚴重系統局限性，從而使碳化矽電力電子器件能夠滿足能源轉換對高壓、大容量、高頻、高溫的功率半導體器件的需求，提高電力電子裝置的效率，減少系統損耗，達到顯著的節能效果；並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。

　　碳化矽電力電子器件由於其優異的性能，被譽為帶動二十一世紀“新能源革命”的“綠色能源”器件。

　　 8.

　　量子通信技術及與經典通信的融合

　　量子通信又稱量子隱形傳送，是由量子態攜帶資訊的通信方式，它利用光子等基本粒子的量子糾纏原理實現保密通信過程。

　　量子通信是一種全新通信方式，它傳輸的不再是經典資訊而是量子態攜帶的量子資訊，是未來量子通信網路的核心要素。從物理學角度，可以這樣來想像隱形傳送的過程：先提取原物的所有資訊，然後將這些資訊傳送到接收地點，接收者依據這些資訊，選取與構成原物完全相同的基本單元（如：原子），製造出原物完美的複製品。量子通信技術基於量子物理學的基本原理，克服了經典加密技術內在的安全隱患，為迄今為止唯一被嚴格證明是無條件安全的通信方式。

　　量子通信是最先走向實用化的量子資訊技術。發展並裝備量子通信技術，實現量子通信與經典通信技術的融合，對於實質性地提升國家的資訊技術水準和資訊産業的核心競爭力，實現資訊系統建設的跨越式發展，及國防、金融、政務等領域的資訊安全保障都具有重要作用。

　　9.

　　軌道角動量通信技術

　　未來的電磁波通信技術如何尋找新的物理參數維度，如何在有限頻譜資源內滿足通信容量呈數量級增長的需求，是一個重大的科學和技術挑戰，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的角動量以外，還有一種是由於光束具有螺旋形相位結構而産生的軌道角動量（OAM，Orbital angular momentum），因此OAM被稱為光子（或電磁波）的最後一個基本參數，並且尚未被應用於通信。

　　在OAM這一電磁波的基本物理參數維度上，發掘未來通信系統容量呈數量級擴展的容量資源、基本原理和核心技術，與已經利用的容量資源結合，可能大幅度新增容量。該技術的發展，對於緩解行動通訊系統的大容量需求和頻譜資源受限的矛盾，支援移動網際網路的普及，具有重要作用。

　　 10.

　　泛在感知與全分佈控制技術

　　1988年，普適計算之父Mark Weiser第一次將“泛在”一詞用於計算器和網路中，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”；並預言了未來的網路模式：“網路如同空氣和水一樣，自然而深刻地融入人類的日常生活和工作中。”這就是泛在網的作用。

　　隨著無線技術、傳感技術和晶片處理技術的發展，使得泛在感知成為可能。如果説泛在網是ICT社會發展的最高目標，物聯網則是泛在網的初級和必然發展階段，而感測器網則是物聯網的延伸和應用的基礎。

　　泛在感知網路不僅僅是基礎的網路構架，同時也能向其他行業提供資訊通訊服務，實現對資訊的綜合利用，提升個人、企業、家庭的生活品質及工作效率；數字化、多媒體化的資訊服務將融入人們日常工作、生活中，並起到方便生活的作用。