编者按：
12月28日，达摩院发布了年十大科技趋势。今天，我们继续为大家带来深度解析和专家解读。
1
趋势一：
以氮化镓、碳化硅为代表的第三代半导体
迎来应用大爆发
专家观点
王*喜
中国科学院半导体研究所研究员
硅（Si）材料是最重要，也是对人类发展影响最大的半导体材料，以硅材料为基础的集成电路技术为人类做出了巨大贡献。但随着硅工艺的技术发展逐步接近其物理极限，摩尔定律也将不再适用。此外传统的硅材料由于其材料固有属性的限制，在技术上无法满足光电子、高频高温大功率等应用场景的需求，因此学术界和产业界也早已把目光投向其他新的半导体材料。
在国内，学术界通常把半导体材料分成了三代：第一代半导体材料以硅（Si）和锗（Ge）等半导体为代表，奠定了微电子的产业基础；第二代半导体材料以砷化镓（GaAs）和磷化铟（InP）为代表，奠定了信息产业的基础；而第三代半导体材料是以氮化镓（GaN）和碳化硅（SiC）为代表的宽禁带半导体，其中氮化镓、碳化硅材料近年来的技术发展非常迅速，受到了学术界和产业界的高度重视，也是目前投资界的宠儿，其商业化程度也越来越高。而金刚石、氧化镓和氮化铝等其他第三代半导体材料近年来也不断取得新的进展。
这里需要指出的是，第三代半导体材料和第一代、第二代半导体材料之间并不是互相取代的关系，而是在应用领域方面互补的。由于第三代半导体材料研究历程短，远不如前两代材料性能成熟。但第三代半导体材料具备击穿电场高、热导率高、电子饱和漂移速率高、抗辐射能力强等优越性能，是显示照明、电力电子和微波射频器件的“核芯”，可以用在半导体照明、新一代移动通信、能源互联网、高速轨道交通、新能源汽车、消费类电子等诸多领域。
目前，基于氮化镓材料的发光二极管（LED）已经在通用照明领域取得巨大成功，同样属于氮化物材料体系的铝镓氮（AlGaN）制备的的深紫外光源，可以用于杀菌消*，未来可以应用在污水处理、食品加工、医院等行业。而氮化镓充电器在过去一年时间里也大规模上市，相比于传统硅充电器，由于氮化镓具有更强的功率密度，使其体积更小、充电更快。另一种第三代半导体材料碳化硅也已经实现了商业化，其应用领域包括新能源汽车电机控制器、电源、充电桩等。
第三代半导体在电力电子器件、射频器件方面还有很长的路要走，但当前中国发展第三代半导体面临的机遇非常好。过去十年，在半导体照明等市场需求的驱动下，中国半导体行业在材料及器件研发上的技术水平得到了大幅提高，同时，中国在*策制定层面也利好第三代半导体材料技术及产业，以推动半导体技术领域早日实现独立自主。
简而言之
2
趋势二：
后“量子霸权”时代
量子纠错和实用优势成核心命题
专家观点
张浩
清华大学物理系副教授
当前量子计算的研究，在围绕硬件实现的路径上有两种思路：一是如何更好的提升单个量子比特的质量或寿命，二是如何更有效地集成和表征更多物理量子比特以及纠错。这两个路径的突破，都有大量的基础科学研究和工程问题需要突破和解决，这是未来的重要挑战。
武连峰
IDC中国副总裁兼首席分析师
今天的量子计算非常热，但离真正的商用还有很长的路要走。年10月，谷歌宣布，在世界最快的超级计算机需要计算1万年的实验中，他们研发的一台54量子比特的量子计算机只用了秒。年12月，中国的潘建伟和陆朝阳组成的团队构建了76个光子的量子计算机原型“九章”，超级计算机需要一亿年完成的任务，“九章”只需要60秒就能完成。这两个案例听起来非常鼓舞人心，似乎量子计算的商用时代就要到来了，其实不然。这两个演示只是量子计算系统在现有经典计算机之外解决一个精心设计的数学问题，谷歌聚焦于量子随机线路采样，“九章”聚焦于高斯玻色取样，这两个数学问题几乎没有任何实际应用，它只是用来演示量子计算的计算性能，并不能证明量子计算已经能处理好真正的工作，甚至最基本的加减乘除都不能算。真正的商用不但要解决量子数量的问题，更要解决量子的精度、纠错、量子相干时长等棘手问题，目前离真正的商用还有很长的路要走（至少10年以上）。
量子计算未来有广泛的应用场景，也是科技市场未来必争之地。随着全球新产生的数据量每年以超过30%的速度增长，要充分发挥数据的价值，算力和带宽永远稀缺，传统的经典计算能力已经快接近物理极限，量子计算可能成为合适的选择。
根据IDC的调研，全球超过50%的被访行业用户计划未来2年内在IT基础架构领域尝试量子计算的投资。从潜在应用场景方面，金融行业聚焦在安全、欺诈检测、投资风险分析；电信行业聚焦在网络优化、量子通信、数据搜索；医疗与健康行业领域聚焦在基因分析、蛋白质结构预测、药物开发；制造行业聚焦在飞机设计优化、自主车辆导航、数字孪生与仿真；石油化工行业聚焦在化学产品设计(包括表面活性剂)实验、石油和天然气炼化、原料/催化剂生产；交通运输行业聚焦在机场登机口调度、司机人身安全/隐私、车队管理/公共交通调度；专业服务行业聚焦在天气预测、地震预测、3D成像，ICT行业聚焦在云计算接入控制、量子密码、安全数据通信。
量子计算的投资正当时，需要各方的开放与合作。新技术加产业的不断螺旋式上升循环驱动经济和商业持续创新与发展。量子计算目前处于商业化的前夜，由于技术发展的加速效应，量子计算的商业化时间可能缩短，这也要求国家、产业、企业要提前投资布局，包括量子计算实现的路径（低温超导、光子，离子阱、核自旋以及拓扑等）、量子模型与算法、量子计算应用场景的开发等。
量子计算当前遇到的挑战仍然非常巨大，未来的量子计算发展需要人类共同的努力，虽然新环境下的地缘*治竞争对科技合作有一定的影响，但我们相信集合全球智力才能更好推动科学发展。开放、合作和科技共同体的观念，仍然是支撑科学发展的决定性基础。
简而言之
3
趋势三：
碳基技术突破加速柔性电子发展
专家观点
彭练矛
中国科学院院士
柔性电子发展的主要制约因素是材料。目前多数的柔性电子应用场景，还是用硬材质的硅基芯片，很难满足“柔性”的需求，极大地限制了柔性电子的应用市场范围。其他的柔性材料还包括有机材料如噻吩类聚合物，无机材料如氧化锌等，以及将有机材料和无机材料相结合。然而，利用这些材料制备的柔性电子，尽管柔性可以满足需求，但电性能距离硅基器件存在几个数量级以上的性能差距。柔性电子要想获得发展，必须在材料领域获得突破。
碳基材料特别是碳纳米管，既有优于硅基的电学性能，还有极好的延展性和柔韧性，在理论上完全满足柔性电子对材料的需求。但长期以来，一直难以制备高质量的碳纳米管材料，即高半导体纯度、顺排、高密度、大面积且均匀的碳纳米管材料。现在我们课题组用一种可以量产的材料制备技术解决了这个困扰国际电子学很长时间的问题，并在这种方法获得的碳纳米管材料上制备了电子器件和集成电路，首次通过实验结果验证了碳纳米管电子器件和电路相对于传统硅电子器件和电路的性能优势。
当然，碳基电子相对于硅基电子仍处于起步阶段，在加工技术没有太高成熟度时，碳基电子可以作为硅基电子的补充，增强硅基芯片的功能或者性能，或者用于某些特殊场合，例如柔性电子领域。而一旦技术成熟，碳基芯片有可能发展出完整的应用领域，并在主流计算领域发挥重要影响。
简而言之
4
趋势四：
AI提升药物及疫苗研发效率
专家观点
范骁辉
浙江大学药学院副院长
浙江大学药物信息学研究所副所长
疫苗可能是当前最受公众