2023年9月9日上午，由中国科学技能信息研究所、上海市科学学研究所联合编撰的《未来家当创新的前沿领域》在浦江创新论坛成果发布会上正式发布。
成果发布现场。主理方供图
本报告从政府关注重点、家当发展前景、对经济社会的全局带动和重大引领浸染等方面，挑选出未来家当创新的五大前沿领域——类脑芯片、量子信息、合成生物学、绿色制氢和区块链。
报告基于干系科技政策和研发投入、论文和专利、专家访谈、学术会议等科技数据进行多维度剖析，磋商未来家当五大前沿领域的发展态势、区域研发上风、技能研发的方向和面临的寻衅，以及中国在环球的技能定位，并提出上海未来家当的发展策略。
类脑芯片研发事情刚刚起步，无法取代人脑
报告显示，类脑芯片在2015年之后得到长足发展，尤其是深度学习加速器近年取得重大进展，中国的类脑芯片研究起步较晚，但在2016年与美国同步进入快速增长期，目前中国的根本研究和技能研发成果数量均居环球首位。
对付类脑芯片的发展现状，报告提出，环球研发大国在类脑芯片领域竞争激烈，类脑研究已上升为发达国家的科技计策重点和力推的核心科技发展领域，被美国认为是“坚持其主导环球军事大国地位的计策核心”，大国间竞争博弈日趋激烈。
中国目前根本研究成果以及技能研发成果，在数量上均居环球首位，但论文存在学术影响力较低，研究质量尚与顶级机构存在差距的问题；专利技能则侧重于类脑芯片的运用研究，而根本的材料、器件、架构电路和算法等方面的研发回须要加强，而且研发机构还须要更多企业的参与。
此外，报告显示，在该领域，传统芯片企业上风地位明显，新加入竞赛者亦有诸多机会IBM、英特尔、美光、高通、谷歌、微软、英伟达等传统芯片厂商凭借原有的家当、资金、人才等上风，迅速切入人工智能领域，积极布局，目前处于引领家当发展的地位。
但在2016年之后初建的中国中科寒武纪科技、之江实验室等机组成长迅速，目前在类脑芯片领域也霸占一席之地；而时识科技在2020年正式从瑞士搬来中国，给中国创新能力注入了活力。但中国大学和院所的类脑芯片研发成果较多，须要促进用户-企业-高校产学研用互助，畅通类脑芯片研发运用链条。
对付受到普遍关注的，类脑芯片能否达到人脑智能水平并取代人类事情的问题，该报告显示，类脑芯片取得了重大进展。不过，常用的深度学习加速器类的芯片仍是基于传统的“冯·诺依曼架构”建立类脑芯片，它紧张根据认知打算算法而非神经元组织构造来设计芯片，在精准数值打算上拥有出色能力，也取得了非常显著的成果，目前已在自然措辞处理、语音识别、自主机器人、自动驾驶、智能娱乐、电商推举、金融风控、医疗诊断、智能家居等场景得到利用。
但是，其打算单元与存储单元分离的架构，限定了它的打算速率和能耗效率。比如AlphaGo不才棋过程中约花费了1兆瓦的电能，相称于一天约100户家庭的供电量。比较之下，包含超过1000亿个神经元的人脑，花费的功率仅20瓦。因此，深度学习加速器这种类型的类脑芯片，在诸多方面都不太可能取代人脑。
比较之下，另一种类型的类脑芯片——神经形态芯片是从构造层逼近生物大脑，侧重于参照人脑神经元模型及其组织构造来设计芯片构造，其突出特点在于处理感知、认知和决策等繁芜问题时，拥有更高的算力密度和能耗效率。
不过，目前的神经形态芯片还处于粗浅的模拟人脑阶段，电脑和人脑在知识的表达、储存、处理和运用等方面差距较大。加上目前人类对自己大脑的理解并不深入，模拟人脑的事情还处于非常低级的阶段。因此，类脑芯片的研发事情现在只是刚刚起步，更不用说取代人脑。但是，一些重复、高度规范化的事情将会被机器取代，将人类解放出来开展更有创造性的事情。
中国在量子通信霸占主导地位
在量子信息领域，报告显示，创新大国在量子信息领域竞争激烈。美国的量子打算和量子丈量上风明显，而中国在量子通信霸占主导地位。
对付上海目前的利害势，报告提出，上海具备优胜的科研和教诲资源，拥有浩瀚高档学府和科研机构，如上海交通大学、复旦大学、同济大学、华东师范大学、上海科技大学和中国科学院上海分院等，这些机构在量子信息领域具有强大的科研实力和人才储备。
同时，上海是中国最主要的经济和科技中央之一，拥有完善的家当链和市场环境，能够有效地将量子信息技能与实际运用相结合，推动量子信息家当的发展。上海市和中国政府对付量子信息的发展给予了主要支持，通过政策和资金的投入，为上海的量子信息研究和创新供应了良好的环境和条件。
然而，作为一个经济和科技中央，上海面临着来自其他城市以及国际上其他量子信息研究中央的激烈竞争。这意味着上海须要不断提高自身的创新能力和竞争力，以保持领先地位。量子信息领域须要高度专业化的人才，而人才的供给可能会受到限定。上海须要吸引、培养和留住精良的量子信息科学家和工程师，以保持人才上风。
此外，只管上海有强大的科研实力，但在将科研成果转化为实际运用和商业化方面仍存在一定的寻衅。上海须要加强学术界与家当界的互助，促进技能的商业化和市场化。
因此该报告建议，在上海鼓励创业创新和孵化器发展，建立企业和科研院所互助机制，加强知识产权保护，推动国际互助平台培植，促进人才互换和培养并合理统筹调配资源，最大程度地发挥上海各区的上风。
在合成生物领域中国属于第二梯队
在合成生物领域，报告显示，美国在合成生物学领域研究中属于第一梯队，中国、日本、英国属于第二梯队。同时，合成生物学的研究形成了比较固定的学术互助圈，在科技创新互助中地缘关系影响较大。
对付上海的发展策略，报告建议，加大根本研究帮助投入，上海合成生物学根本研究论文成果的国际来源、国家来源、本地来源基金帮助率，在前十中国城市等分别居第2、6、8位。合理增加科研投入开展前沿领域探索和关键技能研发，将有益于学术能力和影响力的提升，取得原创性科研成果。
同时，上海可以最大化本地技能资源上风，合成生物学是生物科技（BT）与信息科技（IT）领悟交叉的典范，而上海市正在打造“国际数字之都”，数字经济占GDP比重已超过50%，打算机软硬件企业数量为全国之首。但上海合成生物学的生物体设计与自动化平台等中游成果并不突出。
此外，上海可以加强技能研发的企业参与度，中国和上海市技能研发成果较多的机构全部为大学院所，而美欧卓越研发机构大部分为环球最强企业，包括巴斯夫、诺华、默克这样的运用领域的龙头企业，也有因美纳（ILLUMINA）这样专注于基因测序等生物技能研发的企业。同时，报告建议，上海可以强化上游和中游科技研究。
随着技能的发展大略、高效、价廉的CRISPR基因编辑技能可以精确地改变动植物乃至人类的基因，目前的合成生物学技能更可以从头设计、合成和组装生命体，这可能会涌现生物安全以及生物伦理等问题，该当如何戒备？
对此，也从会上获悉，合成生物学被誉为“认识生命”的钥匙，其“设计生命”能力也在逐步加强中，这可以为办理人类在新能源、环境环保、康健医药、农业食品、新材料等领域的重大问题供应可能办理方案而拥有广阔前景。
比如在2023年8月，中国科学院天津工业生物技能研究所和中国科学院大连化学物理研究所互助揭橥论文，他们已经实现精准掌握二氧化碳合身分歧构造与功能的己糖，其碳转化率高于传统植物光合浸染，也是目前人工制糖路线中碳转化效率的最高水平。可见合成生物学对付人类科技、经济、社会发展意义重大。
但是，合成生物学的不愿定性与不可控性的实质特色决定了它在带给人类变革性受益前景的同时，也存在诸多伦理争议如用于人类增强目的的“定制婴儿”，以及生物安全隐患，如活性细胞在环境中的开释可能导致的生态环境毁坏，恶意利用包括生产生物武器、合成致命病毒或细菌等。
因此，合成生物学家当须要完善的监督和管理体系，这与合成生物学的特色及其可能产生的新的分外的潜在风险有关，这些风险超出了原有的重组DNA技能与基因工程的监管框架。
比如，近年来发展较快的合成生物学核心技能之一——基因编辑技能，其作为对抗疾病的一种治疗手段有着巨大的潜力，但由于其涉及到基因片段的敲除和添加，个中还有许多待办理的工程学和科学问题。贸然将该技能运用于人体不仅会产生严重的科技伦理问题，更会对目前的法治框架及监管造成寻衅。
为了有效戒备风险，环球各国政府应达成共识，更加关注合成生物学带来的生物安全隐患，共同建立一套针对合成生物学的生物安保风险的强效、可实行的监管办法。比如按照风险的紧急和危害程度拟定评估框架，干系机构采纳灵巧的生物和化学防御计策，加强公共卫生根本举动步伐培植以充分预防潜在的生物攻击。对付任何合成生物的研究必须知足规定的安全哀求和遵守严格的安全程序。建立标准化合成生物元件库并履行严格管控，按生物元件功能，进行生物元件的安全性评级，对付具有安全风险的元件进行标签设计并限定其信息公开。
