過去的經驗告訴我們，誰主導了工業革命，誰就掌握了未來的國運，第一次工業革命成就了日不落帝國——英國，第二次和第三次工業革命又讓美國制霸全球。

如今，中國經過幾代科技人的不懈努力，終于在第三次工業革命的尾聲追趕上了發達國家的腳步，而能否在下一次工業革命中占得先機，将決定國家未來數百年的命運。

如何敏銳地捕捉到下一次技術革命的信号？

基因工程、核聚變、量子科學、人工智能和石墨烯技術，這五大技術極有可能成為推動人類進步，邁入第四次工業革命的核心技術。

今天就來盤點一下，截至2022年中國在這五大技術領域的發展情況。

——解開生命奧秘的密碼

基因工程（genetic engineering）又稱基因拼接技術和DNA重組技術。

基因儲存着生命的種族、血型、孕育、生長、凋亡等過程的全部信息。他是生命的終極奧秘。

人類的基因中含有30億個DNA堿基對，完成這些堿基對的完整、無間隙測序對于了解人類基因組變異全譜、掌握基因對某些疾病的影響至關重要。

30億個，這可不是小數目，上世紀90年代初開始，全球的科學家就開始着手完成人類基因測序工作，這項号稱生命科學領域的“登月計劃”，在2022年終于取得的階段性成果。

2022年3月31日美國研究人員，在《科學》雜志上公布了首個完整、無間隙的人類基因組序列。

這相當于我們有了一本“基因字典”，絕大多數内容我們還不能理解，但最起碼已經有了查閱的工具。

Nature論文截圖

基因工程的應用

基因工程應用在轉基因食品、生物武器、環境保護、基因醫療、分子化研究等多個領域。其中基因醫療是重點領域，有可能觸碰到“長生秘訣”。

2020年諾貝爾化學獎（CRISPR/Cas9基因編輯技術）的授予，這讓世界開始意識到人類已經臨近“基因時代”的大門。

中國當前水平

中國在基因工程方面整體水平較世界頂尖水平還存在較大差距，在基因治療方面方興未艾，例如治療血友病、β地中海貧血都還未進入臨床試驗，中國基因治療企業也大多數起步較晚，如信念醫藥、中因科技、輝大基因等。

相較光刻機受制于人的知難而進，在基因測序儀領域，從“人類基因組計劃的1%”開始，曆經20年，中國已經打破國外壟斷，實現對這一工具的自主可控，是目前“唯二”的掌握全産業鍊（技術、裝備、市場應用等）的國家。

華大智造高通量基因測序儀DNBSEQ—T7

宏基因組( Metagenome)，全球範圍内該領域專利申請量7000多件，其中美國申請專利量達3300多件，中國排名第二，申請專利量達2000多件，在基因編輯領域，中國努力跟上腳步。

核聚變

——真正的人造太陽

可控核聚變技術被譽為人造太陽的，一直以來都被認為是人類文明的終極能源。

可控核聚變期間不産生有害輻射，而且能量釋放強度遠超核裂變，而且可控核聚變不需要鈾礦，從海水中就能提取所需的燃料，堪稱最經濟實惠的能量源，因此它才被各國寄予厚望。

太陽之所以能夠發光發熱，就是其内部穩定的核聚變。

托卡馬克裝置

為了約束核聚變的能量，科學家們才研究出了托卡馬克裝置，這種采用磁約束或者慣性約束的裝置，能把核聚變期間數億攝氏度的等離子體與外部隔絕開來，并牢牢把控住這股能量，在一切穩定的前提下，再把能量慢慢導出到外界，最後實現發電。

中國的托卡馬克

2021年12月30日中科院合肥物質科學研究院，有人造太陽之稱的全超導托卡馬克核聚變實驗裝置(EAST)，實現了1056秒的長脈沖高參數等離子體運行，這是目前世界上托卡馬克裝置高等離子體運行的最長時間。

研究所所長宋雲濤在接受采訪時說：我們全面驗證了未來核聚變發電的等離子體控制技術，推動其從基礎研究向工程應用邁進了一大步。

我國當前的托卡馬克核聚變裝置走在了世界最前列，是目前最有希望率先掌握可控核聚變技術的國家。

全超導托卡馬克核聚變實驗裝置(EAST)

可控核聚變距離真正商用建成核電站還有很遠的距離，科學家預測，2040年到2060年可控核聚變将走出實驗室，真正為人類解決能源後顧之憂。

量子科學

——量子革命拐點将近

量子科學現在最主要的三個方向是：量子計算、量子通信、量子精密測量

潘建偉院士：量子科技關乎國家戰略，唯有不斷突破創新。

中國的量子信息技術整體上的确處于追趕歐美先進國家的狀态，但在具體領域也有領先，這和國家布局與發展策略有關。

潘建偉在中科大上海研究院的實驗室裡調試設備

量子計算：趕上第一梯隊

在科研領域，中國的量子信息技術與美國差距不大。從論文上來看，量子計算領域過去五年中科院、清華大學、中科大等科研機構發文量排在世界前20，并且我國的專利申請數量近年來也突飛猛進。

2020年12月，中國科學技術大學宣布該校潘建偉等成功構建76個光子的量子計算原型機“九章”，使我國成為全球第二個實現“量子計算優越性”的國家。

2021年10月，113個光子144模式的量子計算原型機“九章二号”宣布誕生。

根據目前已公開的最優化經典算法，“祖沖之二号”對量子随機線路取樣問題的處理速度比目前最快的超級計算機快千萬倍以上，比谷歌的同類型原型機“懸鈴木”快約四萬倍。

“九章”和“祖沖之二号”的成果，使得我國成為目前唯一在兩種物理體系都實現“量子計算優越性”的國家，确立了量子計算研究國際第一方陣的地位。

九章二号量子計算機

落後主要在産業化發展上。

我國量子計算的研發主體主要是高校和科研院所，産業化與市場化布局明顯落後于領先國家。

量子通信：領先水平

由于我國面臨複雜的信息安全形勢，在軍事、政務、金融和關鍵基礎設施等領域，對提高信息安全保障能力的需求較為迫切。國家對于量子保密通信的布局與研究起步較早，投入也較大。

2016年8月，中國發射了世界首顆量子通信衛星，墨子号量子科學實驗衛星，并在後期的實驗中實現了洲際量子保密通信。

目前，我國量子保密通信試點應用項目數量和網絡建設規模已處于世界領先水平，并且已經得到了初步的産業化發展。

量子精密測量：第一梯隊

精密測量是科學研究的基礎，以時間測量為例，從古代的日晷、水鐘，到近代的機械鐘，再到現代的石英鐘、原子鐘，随着時間測量的精度不斷提升，通信、導航等技術才得以不斷發展

2018年在國際上首次實現了利用激光冷卻技術的空間冷原子鐘。

目前量子精密測量領域的世界紀錄大多由歐美國家保持。從論文和專利數量看，美國領先，中國第二，日、韓、英、德等國跟随。

人工智能

——虛拟“人類”代替真實人類

人工智能（Artificial Intelligence），英文縮寫為AI。它是研究、開發用于模拟、延伸和擴展人的智能的理論、方法、技術及應用系統的一門新的技術科學。

二十世紀七十年代以來，AI被稱為世界三大尖端技術之一，也是當下最熱門的研究方向。

2016 年 3 月 9 日－12 日，AlphaGo 連下三城，根據五局三勝的賽制，李世石九段已提前被淘汰，無緣 100 萬美元獎金。

3 月 13 日，李世石扳回一局；3 月 15 日收官戰，AlphaGo 再下一城，最終比分定格在 4:1。

早在2016年，人工智能的圍棋水平就已經超越人類，有人說，AlphaGo象征着人工智能時代的黎明。

人工智能分類

人工智能可以根據人做的事來分，有機器學習（大腦），計算機視覺（眼睛），自然語言處理（耳朵和嘴巴），機器人（四肢）等等。

中國人工智能發展水平

李開複在《AI 未來》一書中提到：在 21 世紀建設人工智能超級大國需要具備四個條件：大數據、執着的企業家、優秀的人工智能科學家和有利的政策環境。

中國是為數不多符合以上條件的國家。

人口大國的特殊性創造了世界上最豐富的數據生态環境，我們擁有衆多頂尖企業，例如人工智能行業應用為主的科大訊飛、商湯、海康，以人工智能搜索和社交應用為代表的騰訊、百度，以人工智能電商應用為代表的阿裡巴巴、京東，還有以人工智能芯片研發為産業的華為、寒武紀等科技公司。

加上入世之後中國的經濟突飛猛進，加之良好的政策環境，中國在第三次人工智能浪潮中，從追趕者成為了引領者。

石墨烯技術

——神奇的未來材料“黑金”

石墨烯（Graphene）是一種以sp²雜化連接的碳原子緊密堆積成單層二維蜂窩狀晶格結構的新材料，石墨烯具有優異的光學、電學、力學特性，在材料學、微納加工、能源、生物醫學和藥物傳遞等方面具有重要的應用前景，被認為是一種未來革命性的材料。

英國曼徹斯特大學物理學家安德烈·蓋姆和康斯坦丁·諾沃肖洛夫，用微機械剝離法成功從石墨中分離出石墨烯，因此共同獲得2010年諾貝爾物理學獎。

神奇的特性

1、優良導電和光學性能，是零距離的半導體；

2、已知強度最高的材料，是鋼的 200 倍，同時還具有很好的韌性和拉伸性，可彎曲；

3、極佳的熱傳導性能；

4、已知的最輕的材料，1 平方米重僅 0.77 毫克。

看上去是不是很完美的材料？所以石墨烯被稱為第四次工業革命的材料，也被譽為“黑金”。

制造難題

石墨烯面對的最大難題就是産量和尺寸，目前市場上大多數石墨烯其實并不是存儲的單層石墨烯，而是複合型的多層石墨烯，無法發揮出單層石墨烯的優秀性能，石墨烯的制造技術遠遠還未成熟。

當前發展情況

石墨烯還未進行大規模應用，僅僅在電池領域上嶄露頭角。

石墨烯之所以能夠在電池領域上得到應用，這主要是利用石墨烯的低電阻的特性，加大了電池的利用率，這也延長了電池壽命，于是石墨烯很快成為了電池領域十分青睐的一種材料。

已知研究數據中，使用石墨烯技術生産的電池，安全充電次數可以達到數十萬次，同時沒有明顯的老化或者衰減的情況出現，想要充滿電隻需要15秒鐘就可以完成，充電效率是锂離子電池的1000倍。（是否能落地有待考證）

全球近70%的石墨烯專利都來自中國這個世界上石墨儲備最大的國家。但從整體來看，石墨烯應用還停留在中低端階段。這不僅跟低品質的石墨烯性能有關，還因缺乏系統高效的石墨烯制備方法。如果有一天，我們攻破了簡單高效的高質量石墨烯制備方法，真正的石墨烯産品就有可能出現了。

天才少年曹源，因魔角石墨烯研究成為Nature2018年度十大人物

謹防騙局

針對某些品牌宣傳的“石墨烯”電池，歐陽高明院士公開表示：“如果有人說新能源車能夠跑1000公裡，充電還隻要幾分鐘，還能夠保證安全性，就以目前的技術來講，根本不存在這樣的可能，那麼他一定是一個騙子。”

由于石墨烯的制備難度還很高，現在市面上打着“石墨烯”幌子的高科技産品，百分之九十九都是非石墨烯技術或者摻入少量含有石墨烯的複合材料，隻是單純為了賣高價而已。

理性看待，謹防詐騙。

綜上所述，基因工程、量子科學領域中國目前處于第一梯隊，人工智能領域在部分方向小有成果，在第一梯隊中屬于領跑者，核聚變和石墨烯領域目前全球範圍尚處于初始階段，中國有所突破，但能否搶占先機有待時間驗證。

科技是第一生産力，唯有獨立自主，才能自強不息。

本文完，感興趣的朋友在評論區留下您的寶貴建議，我們下期再見！

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