《前沿科学探索》课件

前沿科学探索突破创新边界，探索未知领域引领人类进步的前沿科技之旅什么是前沿科学突破性创新未知边界处于学科发展最前沿挑战当前认知极限跨学科融合打破传统学科界限前沿科学的重要性推动经济发展创造新产业和就业机会解决全球挑战气候变化、疾病防控保障国家安全维护科技主权与战略优势课件结构与主要议题信息与人工智能生命科学前沿算法、芯片、智能系统可持续与绿色科技基因组、脑科学、合成生物新能源、碳中和物理科学前沿太空探索量子、宇宙、新材料月球、火星任务物理科学前沿概览量子物理学宇宙探索颠覆传统物理学认知解密宇宙起源与演化材料科学创造具有革命性能的新材料量子力学新进展量子纠缠理论1爱因斯坦曾称之为幽灵般的超距作用实验证明2阿斯佩克特、克劳泽尔和泽林格团队突破诺贝尔认可32022年物理学奖表彰量子信息科学基础贡献量子通信与量子计算墨子号量子卫星谷歌Sycamore全球首颗量子科学实验卫星53位量子比特处理器实现千公里级量子纠缠分发实现量子霸权里程碑人工智能辅助粒子物理海量数据挑战CERN每秒产生1GB数据，传统分析难以应对模型应用AI深度学习算法筛选希格斯玻色子事件效率提升分析速度提高200倍，准确率显著提升宇宙学突破詹姆斯韦伯太空望远镜原始星系观测深空视界·人类最强大的太空观测工具捕捉宇宙形成初期景象观测距离地球136亿光年天体暗物质与暗能量探索引力波观测年12015首次直接探测到引力波信号年22017中子星并合引力波观测年32023检测到超过90次引力波事件年42024首次多次黑洞合并证据新材料科学强度惊人导电性能魔角双层结构石墨烯强度为钢铁的200倍电子移动速度比硅快100倍角度为

1.1°时呈现超导性超导体室温实验梦想突破室温超导是物理学圣杯之一材料LK-99韩国团队声称实现室温大气压超导验证困境多团队重复实验难以复现完整结果能源核聚变实验东方超环装置国际热核实验堆中国人造太阳ITER多国合作项目2024年实现

1.2亿度等离子体持续1056秒预计2025年首次等离子体实验物理科学前沿小结理论挑战技术难题统一引力与量子力学极端环境实验条件应用前景创新潜力量子计算、新能源革命颠覆性能源与材料解决方案生命科学前沿概览基因组学1解码生命密码脑科学探索意识本源合成生物学重新定义生命基因编辑技术CRISPR人类全基因组测序年启动1990人类基因组计划开始年里程碑2003完成92%基因组测序年全部完成2022填补最后8%复杂区域空白合成生物学创新亿4202320+碱基对突破年份功能基因线路首个完全人工合成细菌基因组大小实现自主复制合成细胞合成细胞内可编程生物计算系统人工器官与生物打印3D材料突破生物相容墨水与活细胞结合打印技术微米级精度构建血管网络功能验证2024年动物实验成功移植完全打印心脏干细胞与再生医学细胞发现iPS体细胞重编程为多能干细胞定向分化诱导形成特定组织细胞临床应用成功治疗视网膜色素变性疾病未来前景器官修复与再生医学革命脑科学前沿美国脑计划中国脑科学专项投资60亿美元脑认知与脑疾病研究绘制完整神经元活动图谱类脑智能技术发展脑机接口技术电极突破微型柔性电极阵列动物实验猴子意念控制电脑游戏人类试验2024年首例人脑芯片植入精准医疗与个性化治疗基因组分析靶向药物细胞疗法CAR-T个体化用药方案精确攻击癌细胞改造免疫细胞对抗癌症微生物组与人类健康肠道菌群免疫调节第二大脑与人体细胞数量比例10:1微生物多样性影响免疫功能肠道微生物影响情绪与认知生物多样性保护食品安全与生物合成1实验室培养肉无需屠宰动物的肉类替代品2成本突破每公斤成本从28万美元降至23美元3市场推广2023年欧洲首次商业化销售4环境影响减少96%温室气体排放生命科学前沿典型人物张锋詹妮弗杜德纳艾曼纽尔夏彭捷··麻省理工学院教授加州大学伯克利分校教授马克斯·普朗克研究所CRISPR系统优化开拓者2020年诺贝尔化学奖CRISPR-Cas9机制发现者生命科学前沿小结伦理困境未来机遇•基因编辑边界•消除遗传疾病•人工生命定义•延长健康寿命•隐私与基因数据•重构生物系统信息与人工智能前沿概览算法革新芯片架构深度学习与大模型突破专用AI加速硬件计算网络智能系统分布式智能与协同自主决策机器人大模型与生成式突破AI强人工智能与认知科学结合亿2+92%蛋白质结构精度AlphaFold已预测数量达到实验测定水平数月时间节省从实验年计算至AI数小时智能芯片与硬件革命芯片/系统计算能力能效比NVIDIA H1001000TOPS

3.5TOPS/W天河三号E级超算

1.3EFLOPS目标30GFLOPS/W寒武纪MLU370256TOPS

4.0TOPS/W无人系统与自动驾驶级辅助驾驶L22019年大规模商用级有条件自动L32022年限定场景部署级高度自动L42023年Waymo无人出租车级完全自动L5预计2030年前实现机器人自主决策与协作运动能力团队协作RoboCup2023实现跑跳翻转等复杂动作多机器人协同完成任务足球机器人决策与配合智能医疗与诊断AI与艺术创造AI视觉艺术MidJourney、DALL-E突破照片级真实感音乐创作AI作曲登上Billboard榜单文学写作大语言模型创作小说、诗歌跨媒体生成文本转视频、草图转3D模型数据隐私与算法伦理问题出现算法歧视与决策偏见法规应对欧盟AI法案全面规制技术解决可解释AI与公平性算法脑机接口与人机交互虚拟现实融合意识控制虚拟环境脑信号解码实时翻译大脑活动微型植入物低侵入性脑电感应边缘计算与物联网AI终端智能规模爆发车联网更新隐私保护设备本地运行AI算法2024年全球180亿台AI算法空中实时升级数据本地处理不离开联网设备设备人工智能前沿小结可持续发展与绿色科技前沿固态电池突破碳捕获技术能量密度提升40%每吨成本降至100美元以下循环经济创新材料闭环利用效率提升合成生物与碳捕获人工微藻生物塑料光合效率提高300%2023年产能激增57%每公顷年固碳200吨完全可降解，零碳足迹太空探索前沿阿尔忒弥斯计划NASA新一代登月任务目标2026年宇航员登月天问一号中国首次火星探测成功着陆并释放祝融号火星车深空探测木星冰卫星欧罗巴探测寻找太阳系外生命迹象人工智能与科学发现协同分子筛选AI每天评估数百万候选化合物性能预测准确率达到90%，无需合成测试结构优化自动改良分子设计，提高活性时间节省药物研发周期从10年缩短至1年科学前沿的伦理与法规挑战基因编辑伦理人类胚胎基因改造争议自主武器AI决策致命行动道德困境数据伦理生物数据与隐私保护科学责任研究自由与社会安全平衡中国前沿科学成果盘点国际重大科学合作人类基因组计划核聚变国际空间站ITER20个国家科研机构协作35国共同建设世界最大聚变装置5大航天机构联合运营前沿科学未来展望颠覆性发现改变人类认知的新理论技术融合多学科交叉产生新兴领域社会协同科技与人文价值观共同演进总结与启示无尽探索科学发现没有终点好奇驱动保持对未知世界的探索欲望跨界思维突破学科界限，融合创新青年力量新一代科学家是创新主力军。