2019年9月25日，在上海图书馆举行的2019上海竞争情报论坛暨国际科技情报理事会年会上，上海科技情报研究所发布了20个2019国际前沿科技热点。这20个热点集中在七个行业，包括信息技术、生命健康、材料、能源、空和交通运输、气候生态与环境、先进制造和其他。
1量子信息处理
量子信息处理的基本思想是根据原子、电子、光子微观世界中粒子的存在状态和相互作用规律对信息进行编码和处理。借助量子叠加、量子纠缠等独特的物理现象，可以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。
量子计算包括处理器、编码、软件算法等关键技术。近年来，这些技术发展迅速，但仍面临诸多挑战，如量子比特数少、相干时间短、误码率高等。目前正处于技术研究和原型开发验证的关键阶段，相对于经典计算的性能优势尚未得到充分证明。
量子通信不同于现有的通信技术，它可以实现量子态信息的传输，包括两个主要组成部分:隐形传态和量子密钥分发。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征。QKD已经进入从理论协议到器件体系初步成熟的工业应用初级阶段。
2第三代半导体
一般来说，带隙大于或等于2.3电子伏的半导体材料在国际上称为第三代半导体。常见的第三代半导体材料有碳化硅、氮化镓、金刚石、氧化锌、氮化铝等。第三代半导体材料具有高带隙、高热导率、高击穿场强、高饱和电子漂移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、抗辐射能力强等优点。
重点包括:大尺寸、低缺陷衬底、外延制备技术；硅上GaN外延技术:高质量SiC厚外延技术:高可靠性封装技术。技术发展的竞争态势如下:产业链各环节主要由美欧日主导；全球SiC市场被美国、欧洲、日本等垄断。氮化镓市场由日本制造商主导，住友电气、三菱化学和住友化学占据了85%以上的市场份额。
第三代半导体材料的应用前景非常广阔，包括半导体照明、电力电子器件、激光器和探测器、水制氢、生物传感器等。
3增强的分析
增强是用人工智能技术赋能商业智能。具体来说，就是将机器学习技术和自然语言处理技术应用于BI领域的数据和分析。增强分析增强了人类的智能和态势感知，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以及机器学习/人工智能模型的开发和利用。
与传统的人工数据挖掘相比，增强分析使用一系列算法和集成的学习技术向用户解释可执行的结果，从而降低丢失重要数据结论的风险。Gartner咨询公司预测，增强分析将成为未来2 ~ 5年BI市场的主导趋势。由增强分析技术生成的机器学习模型越来越多地被嵌入到企业应用中，以帮助人力资源、财务、销售、营销、售后服务、采购和资产管理部门的员工做出商业决策并执行这些决策。
4人工智能芯片
人工智能芯片通常是指为人工智能算法做了特殊加速设计的芯片。仿真芯片按照技术架构分为图像处理单元、半定制现场可编程门阵列、全定制ASIC和神经拟态芯片。按功能分为训练链接芯片和推理链接芯片；根据应用场景分为服务器端和移动端。
目前GPU已经发展到了一个成熟的阶段。谷歌、脸书、微软、Twitter等公司都在使用GPU来分析图片、视频和音频文件，以改善搜索和图像标记等应用功能。许多汽车制造商也在使用GPU开发无人驾驶。
虽然人工智能芯片技术发展迅速，但目前仍处于产业化初期。企业水平有差距，但基本在同一起跑线上。只有那些在技术上取得重大突破，能够率先产业化的企业，才能引领行业发展。
5 6G网络
5G开启了万物智能时代。车联网、远程医疗等应用需要一个几乎没有盲区的全覆盖网络，但5G所做的只是以极快的速度传输信息，距离真正的万物智能还有一定距离。6G将探索和收集5G遗漏的相关技术。6G通信技术不再是网络容量和传输速率的简单突破，而是缩小数字鸿沟，实现万物互联。6G网络的理论速度是5G的100倍，将进一步挖掘和实现用户的智能化需求，并以此为基础进行技术规划和演进布局。
6G的特点是全覆盖、全频段、全应用。发展趋势如下:6G将进入太赫兹频段；6G网络会显示“致密化”；6G将使用频谱共享和区块链技术；6G将采用地面无线和卫星通信技术。6G将有望提供基于家庭的ATM通信系统、直接卫星对卫星通信、海对海通信、家庭自动化、智能家居/城市/乡村、国防、防灾等相关应用。
6战略计算
战略的概念是在高级计算和高性能计算的基础上发展起来的。基本上意味着基于未来的先进高性能计算技术，对国家核心能力具有战略意义。它是多元化、多层次的，既包括基于当前数字技术的超级计算技术，也包括基于“后摩尔时代”的新型计算技术。
目前，战略计算技术呈现两个发展方向。第一，超级计算机，以传统数字计算和互补金属氧化物半导体技术为基础，以十亿或百亿亿次计算机技术及其应用为发展方向，能够不断优化和升级现有架构。二是未来新的计算架构和替代计算技术，希望突破摩尔定律的限制，如近似计算、神经形态学计算、量子计算等。
战略计算技术未来发展的主要内容包括亿次超级计算、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。作为新一代信息技术的核心技术，战略计算不仅是国家战略的重要组成部分，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，它将虚拟世界和现实世界结合成一个无缝的虚拟-现实世界。虚拟现实在流行了几年后，并没有走进千家万户。近年来，风险投资从VR转向MR和AR。
相比VR巨大的娱乐用途和AR丰富的教育应用，MR的应用将更加广泛，比如工业制造、军事模拟、游戏、旅游/数字场馆、汽车、购物、智能家居、医疗等领域。MR产业化呈现以下趋势:全球产业生态初步形成；5G混合现实技术初步应用:美欧发达国家产业资本和市场活跃；中国市场规模持续扩大，增速领先全球。
基因编辑的临床应用
基因编辑是指可以修改生物体基因组特定目标基因的基因工程技术。是堪比分子克隆、聚合酶链式反应等技术的突破性技术。其中，CRISPR/CAS9技术是基于细菌有规律聚集的短回文重复序列系统的新一代基因编辑技术，使基因编辑更加简单高效，因此成为全球各大生物实验室最受欢迎的基因编辑技术。
在现有的基因编辑方法中，体外基因编辑最为成熟，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果，但仍然存在很多局限性，比如没有可靠的方法将基因编辑的细胞移植到肝脏或大脑中。对于那些无法通过外部编辑治疗的疾病，内部编辑可能会发挥重要作用。
基因编辑作为一项革命性的新兴技术，首先应该考虑用于严重疾病。关于伦理上有争议的人类胚胎基因编辑，科学界逐渐达成共识，相关基础研究应该允许，但不能扩展到生殖领域的临床应用。
9人工智能辅助新药研发
一个新药的诞生，需要经历“靶点发现-化合物合成-制剂生产-临床试验”的诸多步骤，才能获准上市。这是一个复杂的过程，需要大量的人力、物力和财力。RD周期长、成功率低、RD成本高是新药研发面临的三大困境，人工智能辅助新药研发以海量数据为目标，可以专注于临床前阶段，即靶点发现、化合物合成、化合物筛选、晶体预测，从而提高研发效率，缩短研发流程，降低研发成本，实现技术突破。
临床后患者招募、临床演示设计、药物重定向等环节也是整个新药研发过程中的重要步骤。可以利用AI技术对非结构化、半结构化、结构化的医疗数据进行分析挖掘，快速获取有效信息，实现新药研发各个环节的技术优化升级。
10脑机融合
脑机融合是基于脑机接口技术，实现大脑和计算机的双向交互、相互适应、协同工作，最终达到生物智能和机器智能的融合，目标是实现更强的智能形态。与传统计算系统相比，脑机融合计算系统具有三个显著特点:对生物体的感知更加全面，包括表观行为理解和神经信号解码；生物体还充当系统的感知者、计算者和执行者，与系统其他部分的信息交互渠道是双向的；生物体和机器多层次、多粒度的综合利用能力，可以大大提升系统智能。
脑机融合系统有两个重要的应用:神经康复和动物机器人系统。在神经康复方面，借助脑机融合系统，可以直接建立大脑与外部设备的信息交互和交互控制，高效实现残疾人的功能补偿和功能重建。在动物机器人系统方面，脑机融合系统可以有效控制动物的运动行为，合理增强感知功能。
11人造肉
培育人造肉就是从动物身上提取干细胞，放大成肌肉细胞，分化成肌纤维，成为“肉”。由于技术难度大，成本高，这类产品还需要一段时间才能量产。关键技术包括细胞工厂技术、血红素生物合成技术、肉味技术、重塑技术等。
虽然新型人造肉产品在环保和健康方面有一定优势，但改变消费意识和培养新的饮食习惯还需要时间。人造肉企业除了积极发展自己的销售渠道，争取与更多餐饮连锁巨头合作，这是快速提升销量，培养消费习惯的捷径之一。
12“魔角”石墨烯
通过不断调整两层石墨烯的旋转角度，在特定的角度下，这种堆叠的二维材料会表现出“莫特绝缘体”的特性，而如果用电场来吸附石墨烯上的电子，则可以表现出超导特性。这种新的材料体系被称为“魔角”石墨烯，它的发现开创了“角电子”的新领域。
“魔法角落”石墨烯可能会成为理解高温超导现象的罗塞塔石碑，进而可以帮助研究人员创造出可以在近室温下超导的材料，从而彻底革新许多现代技术领域，包括运输和计算。到目前为止，“魔角”石墨烯超导的发生条件非常苛刻，更多的是对未来研究的指导意义，距离工业化应用还有一段时间。
1氢能
氢能被认为是最理想的新能源，是最有前途的能源解决方案。与其他能源相比，氢能具有储量大、比能量高、低污染、高效、可储存、可运输、安全性高等优点。
氢能产业链涉及上游制氢、中游储运、下游应用三个环节。每个环节都有很高的技术壁垒和难度。目前，电解水制氢的上游技术、化学储氢的中间技术和下游的燃料电池广泛应用于汽车和分布式发电。
14钙钛矿太阳能光伏电池
类钙钛矿化合物是存在于钙钛矿矿石中的钛酸钙化合物。用其他元素取代这些材料中的钙、钛和氧，可以改善这些材料的物理化学性能，从而得到一系列具有钙钛矿晶型的有机金属卤化物吸光材料。基于这类材料的钙钛矿太阳能电池是第三代太阳能电池中最热门的研究方向，具有清洁、高效、制造成本低、工艺简单等一系列优点。
目前，钙钛矿太阳能电池的研究热点集中在材料体系、器件结构、薄膜制备方法和光电机理等方面。目标是获得更高的光电转换效率和更高的稳定性，促进钙钛矿太阳能电池的进一步发展，尽快实现商业化和实用化。
5泰空制造业
Tai 空制造是航空航天领域的智能制造技术。它利用传感技术和智能技术实现无人化制造过程，可以改变航天器无法修复的现状。Tai 空制造的关键技术包括数字twin/cue技术、智能人工增强系统技术、增材制造技术、智能机器人等。
技术的应用呈现以下趋势:数字孪生/线索技术日益成为数字能力建设的重点方向；增强/虚拟现实技术越来越多地融入航空航天研制生产的全过程；增材制造应用范围逐步扩展到关键卫星部件；RD机器人促进航空航天核心部件的集成。
16无人驾驶
无人驾驶融合了自动控制、建筑、人工智能、视觉计算等多项技术。它是高度发展的计算机科学、模式识别和智能控制技术的产物。目前无人驾驶技术的主要应用领域是机动车，也有涉及一些飞行器领域。
无人驾驶是软件、硬件和综合控制系统的结合，包括传感器、车辆控制、信息交换、空图像、人机界面、道路管理等六大基础技术。涉及感知、定位、规划、控制、线控等五个方面。
从近年来无人驾驶企业的发展战略来看，无人驾驶技术涉及多个领域，整车企业仅靠自身很难构建整个生态链。越来越多的整车企业、零部件制造商和信息技术巨头选择联盟与合作，共同分担成本，解决技术问题，提升竞争力。不同于传统的汽车并购，该领域的联盟合作或跨界合作更像是一种未经验证的商业模式探索，呈现出跨地域、开放、多方参与的特点。
17负排放
与传统的碳捕获和封存技术不同，传统的碳捕获和封存技术直接从大型点源(如煤电厂)中去除二氧化碳排放，而负排放技术最终直接从大气中去除二氧化碳或增强自然碳汇。
目前，以重新造林、改变森林管理和改善土壤碳储存的农业做法为代表的负排放技术已经具备大规模部署的条件，其成本和减排战略极具竞争力。在众多的负排放技术中，生物能源和碳捕集与封存技术最具发展潜力。它将碳捕获和存储技术应用于生物加工行业或生物燃料发电厂。
虽然碳捕集与封存技术发展成熟，但由于缺乏理想的二氧化碳固定介质，限制了负排放技术的大规模应用。因此，围绕固定介质的探索成为未来负排放技术研究的重点。随着海洋、沼泽等理想固定介质的出现，负排放技术的产业化将迎来新的发展机遇。
18极限操作机器人
极限工作机器人是能够在难以忍受的工作条件下工作的机器人。常见的极限机器人有原子辐射机器人、水下机器人、救灾机器人、空机器人、地下采矿机器人、石化机器人等。一般来说，极限机器人应该具有一些特殊的关键技术，主要包括各种危险品检测技术、监控、识别和跟踪技术、基础工作平台技术和各种工作工具技术。
目前已经投入使用的极限作业机器人一般属于遥控机器人，需要人指挥才能完成作业任务，这就制约了它们在外层空、深水、地下深处完成复杂任务。因此，人们正在进一步研发半自主和自主的极限作业机器人。
9纳米机器人
纳米机器人是机器人工程领域的一门新兴科学技术。它基于分子水平的生物学原理，设计和制造可以在nano 空之间运行的“功能分子器件”。它的发展属于分子仿生学范畴。纳米机器人所覆盖的核心机构主要包括VLSI和纳米电子电路、化学传感器、温度传感器、驱动器、电源装置和数据传输。
目前，导航系统和驱动方式是纳米机器人发展中的两大难题，每前进一步都要克服许多困难。纳米机器人也有一些潜在的挑战和风险，其中最突出的是用于制造纳米机器人的纳米粒子的安全性。在纳米粒子的诸多潜在危害中，最重要的是纳米粒子的不溶性。
纳米机器人具有广阔的应用前景。除了医学和军事领域，纳米机器人在工业、农业、环保等领域也有非常广阔的应用前景。
20纺织材料制造业
面料制造就是从需求出发确定功能性，然后设计纤维结构。必要时，可以将多组分、多结构融合，以获得所需的功能。面料制造就是充分利用现有的纺织等先进制造技术，不断开发新的制造技术。制造活动是从大纤维的七个物理层次进行的，即原子、分子、纤维、织物、器件、系统和超系统。纤维材料的智能化、超能化、绿色化将被推向一个新的阶段，给传统制造业带来一系列深刻的变革，具有材料技术革命和制造技术革命的双重意义。重点涉及新一代纤维的研发，以及各种复杂产品，如汽车车轮、汽车车身、飞机机翼等。，都是通过智能编织制造的。
纵观这些前沿科技热点，可以发现全球科技出现了一些新趋势。一是前沿科技以绿人为主流，节能环保、低碳能源、新能源汽车、生物医药、绿色材料、智能制造等。已经成为尖端科学和技术的重要焦点。二是全面系统地开展科技创新，实现突破。例如，无人驾驶技术涉及人工智能、车联网和新的计算机算法。第三，前沿科技的系统创新推动产业边界模糊，科学理论创新和技术创新相互促进，呈现交叉融合发展态势。
作者:“全球前沿科技热点研究”项目组，上海科技信息研究所研究团队，专注于应用情报分析方法跟踪全球新兴科技。杨荣斌为项目负责人，陈晖为项目组组长。
本文来自张江科技评论。
