《预见未来:塑造未来25年的25项关键技术》

  • 来源专题:战略生物资源
  • 编译者: 朱晓琳
  • 发布时间:2025-01-01
  •  在这个日新月异的时代,科技的每一次进步都在悄然改变着我们的生活与未来。作为守护国家海洋安全的重要力量,美国海军研究实验室(NRL)始终站在科技的最前沿,不断探索新技术、新领域,以应对日益复杂的国际形势和不断涌现的新挑战。为了应对这些挑战,NRL发布了《预见未来:塑造未来25年的25项关键技术》报告,旨在揭示那些可能在未来塑造全球安全格局的关键技术。  报告列出了10个领域的25项技术,包括:(1)电磁战:兼具通信功能的雷达阵列;(2)水下战:水下多平台声纳协同自主作战;(3)通信、信息技术和网络战:硅光子学——集成电路的下一次革命,用于定位导航授时的量子传感器,神经形态处理——快速、低功耗、边缘计算系统;(4)战场环境:精确声学海洋环境预报,全大气层预测——连接地面和空间气象,海军战场管理的元优化,快速辐射带修复系统;(5)科技赋能:基于物理学的机器学习——实现下一代多物理场模拟,具有任务实现能力、安全性和可持续性的下一代电池,用于下一代射频和功率微电子的超宽带隙半导体,量子计算——在量子世界中处理信息,微波功率波束;(6)可承受性和可持续性:基于低功耗神经形态计算的舰船维修,生物制造——确保美国DoD供应链安全,海水燃料;(7)空间研究和技术:卫星的机器人维修,用于国防和太空进入的高超声速系统,利用X射线脉冲星进行空间导航;(8)自主系统:无限续航的无人机系统,无人机协同作战;(9)定向能:作为下一代定向能武器的脉冲激光器;(10)人员防护:用于海上和远征作战的可部署DNA测序,周围爆炸物、化学品、病原体探测与可视化。
相关报告
  • 《量子技术:先进制造与供应链的关键机遇白皮书》

    • 来源专题:计量基标准与精密测量
    • 编译者:李晓萌
    • 发布时间:2025-11-02
    • 近日,世界经济论坛与埃森哲联合发布《量子技术:先进制造与供应链的关键机遇白皮书》。报告指出,制造业正步入一个量子技术决定全球供应链格局的时代,量子计算、量子传感和量子安全技术正从研究实验室快速渗透到工业运营领域,在带来竞争优势的同时,也催生了亟待应对的网络安全风险。研究警示,正当各行业日益复杂脆弱之际,传统数字系统却正逼近其算力与运营极限。报告引用2024年全球供应链中断事件激增38%的数据,论证量子技术有望助力产业应对市场波动、提升运营精度,并保护关键数据免受未来量子技术加持的网络攻击。分析师指出:"制造业与供应链领域正经历数十年来最动荡的时期,中断已成为常态而非例外",并列举了极端天气、劳工罢工及网络攻击等多重影响因素。世界经济论坛将这一转型定义为"量子使命"——呼吁企业不再将量子技术视为长期实验项目,而是作为近期战略工具来布局。量子技术:从实验室走向工厂与现场报告指出量子系统已在三大领域创造可量化的价值:产品设计与研发、工厂运营及供应链管理。在产品研发领域,量子计算机能模拟分子原子级行为,加速材料发现。例如波音公司运用量子模拟研究轻质金属腐蚀现象,将计算量削减高达85%。莫德纳公司则采用类似算法模拟信使RNA折叠成复杂结构的过程——这是药物设计的关键因素。报告认为这些早期成果标志着量子技术正从理论潜力迈向实际影响。在制造环境中,量子系统开始解决困扰经典计算机的复杂排程、维护及优化问题。土耳其汽车制造商福特奥托桑应用混合量子算法,为数千种定制化车型优化生产排程,将调度时间缩减一半。台积电等半导体制造商正部署量子钻石传感器,以检测芯片纳米级缺陷,实现更早故障发现与更高生产良率。报告指出,量子传感器能实现实时高精度的缺陷与异常检测,并补充说明这些设备可测量磁力、热力及重力等原本难以察觉的微观变化。分析师同时强调,抗量子密码与量子通信系统在保障互联工厂安全方面正得到日益广泛的应用。恩智浦半导体与电装公司已开始将后量子密码技术整合至车辆固件更新系统,取代可能被未来量子计算机攻破的脆弱加密体系。该技术能以最小内存快速验证数字签名,在确保安全性的同时不影响生产线运行效率。量子供应链雏形初现在工厂之外,量子优化技术正开始重塑全球物流体系。洛杉矶港采用混合量子算法实现卡车与起重机的实时调度,使起重机使用量减少40%,卡车等待时间缩短最多两小时。鹿特丹港则通过采用量子密钥分发的量子安全光纤网络,实现了控制中心间的防窃听数据传输,成为世界经济论坛所称"量子安全供应链"的示范案例。报告通过具体案例揭示了量子技术工业应用带来的实际效益:生产延误减少、资产利用率提升及显著成本节约。分析师指出:"虽然这些能力尚处于发展阶段,但一旦量子系统实现商业成熟,将有效减少延误并降低运营成本。在具有多变量、多约束条件的供应链运营中,通过混合量子-经典算法实现的量子优势正逐步显现——当前已成功提升运营效率、降低成本并增强系统韧性。"规模化推进:从探索到实践报告显示,尽管多数企业仍处于早期探索阶段,行业领导者已开始战略布局量子技术规模化应用。白皮书提出了从试点项目到全面部署的实施路径:建议企业设立量子技术评估团队,启动基于混合云的试点项目,并与高校及技术供应商建立合作伙伴关系。企业高管应指定首席级负责人监督量子计划,确保实验项目与核心业务目标及可量化回报紧密对接。鉴于量子计算成本是多数机构的关注重点,分析师建议采用基于云的量子平台作为低风险切入点,使企业能在不承担专用硬件成本的前提下,测试物流、材料设计或生产调度等领域的算法。这类通常被称为"量子即服务"的模式,将曾专属于国家实验室的技术推向普惠化。研究指出,量子与经典计算机协同工作的混合架构,是工业用户近期最可行的实施路径。安全、标准与人才储备报告用大量篇幅阐述了构建量子就绪经济所需政策与组织基础——尤其是网络安全领域。研究警告,能够破解当今公钥加密体系的量子计算机(即密码学相关量子计算机)可能在5-10年内出现。报告指出,复杂企业完成向量子安全系统的迁移可能需要十年之久,若行动迟缓将面临长期安全威胁。美国、欧盟等政府已开始强制推行或投资量子安全标准。报告敦促产业界立即行动,通过清点现有密码资产并启动试点迁移来跟进布局。标准化是另一大障碍——全球互操作性框架的缺失可能延缓技术应用并导致供应链碎片化。世界经济论坛以德国量子技术与应用联盟等案例为典范,指出产业界可通过此类平台协同制定早期标准与认证框架。若无此类协调机制,工业企业可能面临类似早期工业网络与网络安全领域的兼容性风险。专业人才短缺是报告指出的另一主要瓶颈。目前大多数工程师缺乏量子技术相关培训,研究团队呼吁政府、学术界与产业界协同开展人才培育计划。以由TheQuantumInsider主办的空客-宝马量子移动探索计划为例,说明跨部门合作如何培养应用型量子技术人才。分析师强调:"政策制定者与行业领袖必须共同开发专业课程,资助实践培训项目,并支持量子研发中心建设。此外,为现有专业人员实施技能提升计划,在组织内部培育'量子意识'文化,能确保更广泛地理解与采纳量子技术。"从审慎观望到积极行动尽管论坛分析聚焦于机遇,同时也强调了量子技术在生产环境中规模化应用的挑战。硬件仍受限于规模与稳定性,算法也需优化以应对工业级工作负载。报告作者警示"过度膨胀的预期",敦促决策者在实验推进与时间表设定间保持平衡。从人工智能等技术浪潮中汲取的经验表明,过度炒作可能导致投资决策失误。尽管存在缺陷与风险,未能规划量子技术整合的企业可能在未来十年内面临供应链与数据系统的脆弱性。相反,早期应用者将具备制定新工业标准、获取稀缺量子专业资源的能力。报告总结道:"量子革命并非遥不可及,而是需要高管关注与战略布局的当下机遇。当下果断行动的领导者将塑造未来竞争格局。早期参与标准制定、政策设计与人才培育,将使组织成为量子经济的主导者而非被动接受者。"
  • 《量子技术制造路线图(QTMR)》

    • 来源专题:计量基标准与精密测量
    • 发布时间:2023-12-29
    • 近日,SRI宣布发布其量子技术制造路线图(QTMR),这是第一项旨在支持量子产业发展和制造关键技术的努力,包括量子计算、量子传感和量子通信,帮助将量子技术从实验室带到晶圆厂。 SRI首席执行官David Parekh表示:“长期以来,SRI一直处于开发一些最重要的技术的前沿,这些技术有利于人们的日常生活,并帮助世界了解这些技术对社会和全球经济的影响。”。“我很高兴SRI与我们来自行业、政府和学术界的合作者一起,在塑造和揭示这一对我们的未来有着非凡前景的新兴领域方面发挥了主导作用。” 该文件确定了未来五年支持量子系统开发和制造的关键技术和能力需求。路线图考虑了广泛的使能技术和能力,为技术性能设定了具体目标。它还解决了路线图参与者认为对技术开发的持续进展至关重要的非技术推动因素。例如,包括数据共享和提高特定技术可用性的必要性等主题。 路线图指出,量子技术的发展有可能影响多个行业,并改变国家安全能力。私营和公共实体正在将大量资源投资于QIST技术的开发和商业化,量子计算、传感和通信领域正在取得快速进展。要充分发挥QIST研发的潜力,需要开发能够大规模制造的新型材料、器件、结构和系统。 该路线图是为NIST先进制造办公室编制的,由SRI的创新战略与政策中心领导。SRI与一个由行业、国家实验室和学术合作者组成的广泛团队合作,其中包括由SRI管理的量子经济发展联盟(QED-C)的成员,该联盟旨在促进和发展量子产业。QED-C将邀请来自约20个国家的250个组织的成员制定未来版本的量子技术制造路线图。 QED-C执行董事Celia Merzbacher表示:“鉴于量子行业的肮脏,供应商在量子系统开发商承诺购买之前不愿意投资新技术,而客户在了解什么可以可靠供应之前也不愿意投资。”。“这对任何新行业来说都是一个两难的选择。鉴于技术和系统的复杂性,社区认为有必要共同制定一个路线图,加快材料和组件以及制造和计量工具和工艺的发展。这个路线图揭示了当今的许多挑战和前进道路。” SRI创新战略与政策中心执行主任Roland Stephen表示:“这是一个重要的里程碑,SRI支持量子技术的工作才刚刚开始。”。“SRI深入参与量子生态系统,该路线图将使我们能够与世界各地的战略合作伙伴有效合作,将量子技术扩大规模,确保量子制造供应链的安全。”