2024年，AI点亮世界，且无死角切入日常生活；我国通信技术几乎每个季度都有新突破，与世界科技强国站在同一起跑线上开启新的角逐；细胞与基因治疗大放异彩，为传统药物治疗无效的患者带来新的希望......这些技术不仅革新了行业，更对人们的日常生活产生了深远影响。
2025，这些技术突破又将带来怎样的期待？今天，我们继续跟随业内观察者的脚步，展望能源、信息和健康领域。（点击→“今年，哪些关键技术将改变世界（上）”，回看上期盘点）
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“未来能源”成关注焦点
随着全球气候变化和环境问题日益严峻，各国政府都在积极推动未来能源的开发和应用。未来能源不限于具体的能源形式，而是涵盖了能源生产、分配和使用方式的系统性变革，以满足不断变化的能源需求和环境要求。
2024年7月25日，内蒙古库布其沙漠亿利生态示范区立体光伏治沙基地，工人在光伏板下喂鸡。新华社记者 李云平 摄
经过多年发展，世界能源转型已由起步蓄力期转向全面加速期，正在推动全球能源和工业体系加快演变重构。以清洁、可再生、低排放为特性的未来能源，逐渐成为替代传统能源的首选。随着科技的进步，新能源技术也在不断创新——太阳能光伏技术、风力发电技术、水力发电技术等，都在不断提高效率和降低成本。这些创新不仅推动了新能源产业的发展，也为我们提供了更多使用新能源的机会。
*各国能源转型的核心方向
种种迹象表明，当今世界正处于新一轮能源革命的起步期，可再生能源开始规模化应用，分布式能源、第四代核电等技术进入市场导入期，大能量的储能、新能源材料、新燃料电池等有望取得重大突破，引发的能源革命正主导第三次工业革命的发展。其发展趋势呈现一些显著特点：高碳向低碳转型，新能源和可再生能源成为未来能源生态结构的重要方向，电力将成为终端消费的主体，能源创新在能源革命中起决定性的作用。
除了人们目前已经熟悉的太阳能、风能、水能、生物质能等新型能源，氢能、新型储能技术和碳捕集利用与封存（CCUS）技术也正在成为各国能源转型的核心方向。
2024年8月20日，在北京大兴国际氢能示范区内，一家生产氢能燃料电池发动机企业的员工在装配设备。新华社记者 李欣 摄
氢能是未来能源的重要支柱之一。德国和日本等国家在电解水技术方面取得了重大进展，通过太阳能和风能等可再生能源驱动的制氢项目正逐步降低成本。日本在液态有机氢载体（LOHC）技术方面取得了重要突破，为氢能的运输与储存提供了全新解决方案。与此同时，氢燃料电池已广泛应用于公交和重型卡车，展示了清洁能源在交通领域的潜力。
储能技术的创新是可再生能源稳定供给的关键。固态电池技术因其高能量密度和更高的安全性能受到关注，多家国际企业宣布该技术已进入测试阶段。此外，液流电池在长时储能中的应用前景广阔，特别是在平衡电网波动方面展现了巨大潜力。
碳捕集利用与封存（CCUS）技术正在从实验阶段走向实际应用。目前，挪威的“长船”（Longship）项目已开始运行，每年封存数百万吨二氧化碳。瑞士Climeworks公司在直接空气捕集（DAC）技术上持续进展，其设施不仅捕集二氧化碳，还尝试将其转化为建筑材料和燃料，为工业脱碳提供了创新思路。
*我国进展尤为显著
随着能源相关创新技术的突飞猛进以及与互联网科技的迅速融合，清洁能源的分布式利用、电动汽车引领的未来出行、物联网技术与充电移动储能系统组合搭建的未来电网等逐渐走向前沿。这一系列创新突破为未来能源的发展奠定了坚实的基础。
近年来，我国在新能源领域的进展尤为显著。在氢能领域，我国是全球最大的氢气生产国之一。通过政策支持和基础设施建设，我国绿色氢生产能力快速提升。河北张家口的绿色氢示范基地利用丰富的风能和太阳能资源，成为推动氢能发展的重要项目。此外，氢燃料电池汽车已在多个城市的物流和公交系统中投入运营。
储能技术方面，我国企业在钠离子电池技术上取得了显著进展。宁德时代等公司发布了多个储能解决方案，包括低成本、高效的钠离子电池，这种技术被认为是锂电池的重要补充。与此同时，我国的锂电池生产和出口能力持续扩大，在全球市场中占据主导地位。
CCUS技术的发展也在我国取得了突破性进展。近年来，我国CCUS示范工程建设发展迅速，数量和规模均有显著增加，更多行业和领域开展该技术应用，推动能耗成本持续下降。据不完全统计，目前，我国已投运和规划建设中的CCUS示范项目超过120项，二氧化碳捕集能力已超过600万吨/年。
此外，我国的可再生能源装机容量稳居全球第一，特别是在风能和太阳能领域取得了大规模应用。西部沙漠地区的大型光伏电站以及沿海风电场的智能化升级，成为推动能源转型的重要力量。
*未来的三个发展方向
第一，新能源的成本逐渐降低，效率不断提高。其中，氢能作为零碳能源的核心，其成本有望在技术进步和规模化生产中进一步降低。随着国际间的合作加深，氢能贸易网络可能逐步形成，为全球能源格局提供新动力。此外，凭借强大的技术研发能力和政策支持，以及“一带一路”倡议相关项目，我国有望在清洁能源技术普及和全球合作中发挥重要作用，并将为发展中国家提供绿色能源发展路径，推动全球能源结构的深度转型。
第二，全球能源体系将朝着清洁化、多元化和智能化方向发展。CCUS技术将在工业减排中发挥更加关键的作用。结合生物能源的CCUS技术将为实现负排放目标提供有效工具，而直接空气捕集技术（Direct Air Capture，简称DAC）的商业化应用将进一步补充全球减排努力。储能技术的持续突破也将显著提高可再生能源的利用率和灵活性。固态电池、液流电池等新技术有望解决传统储能系统的局限性，同时推动能源系统的稳定运行。
第三，政府对于新能源的支持力度将不断加大，包括政策扶持、补贴等，将进一步推动新能源的应用和发展。此外，社会大众的环保意识不断提升，将促使更多人选择新能源，推动新能源的发展和普及。
未来几十年，全球能源技术的创新与合作将有助于构建一个更加可持续的能源体系，这不仅能应对全球气候变化和能源安全的挑战，还将为全球经济发展和社会福祉带来长远利益。
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“未来信息”点亮世界
*人工智能，锤炼“用起来”的能力
细数过去一年人工智能（以下简称AI）的高光瞬间，2024年诺贝尔奖的揭晓不愧为一个“里程碑时刻”。2024年诺贝尔物理学奖公布现场，蓝色大屏跳出了“AI教父”杰弗里·辛顿、机器学习奠基者约翰·霍普菲尔德的名字；第二天的诺贝尔化学奖，再就AI在“蛋白质设计与结构预测”中的贡献为其加冕。
接连两个奖项的揭晓，也揭开了AI的又一张面孔：不再止于技术，而是有望成为科学与科学的推动力。正如谷歌DeepMind首席执行官戴密斯·哈萨比斯所言，AI将成为诸多其他科学领域发展演进中的“加速器”。（点击查看此前报道→“解决了生物学50年内的最大挑战”，还得靠它？”）
这一年，AI更为大众可感可触的一面，莫过于它从专业人士口中、从狭窄屏幕里虚拟聊天机器人的壳中走出，开始进入千行百业、千家万户。AI搜索、AI陪伴、AI手机、AI软件、AI游戏，无死角切入日常生活。试用过“一键修图”“一键生成”并略感惊喜的人们开始发现，内容生产的围栏正在被AI拆除——从简易的文生图，拓展为文生音频、文生视频、图生视频、视频生成视频。（点击查看此前报道→“接连王炸！谁又慌了？”）
“基础模型能力固然重要，但更大空间还在应用落地”已成为业内共识，各行各业都在寻找被AI重构一遍的机会。医疗领域，AI可用于预测分析和决策；金融领域，AI可用于智能投资与交易；工业领域，AI驱动的工业自动化系统通过机器学习和计算机视觉实时监测生产过程，优化供应链管理。
加速融入物理场景的大模型，从云端走向端侧。新能源汽车公司纷纷把“可见即可说”的AI交互带上汽车，还有一些企业已尝到AI应用落到具体场景带来的甜头。比如海外的数字营销企业App Lovin 因把AI能力融入广告投放与用户匹配中，过去一年股价快速攀升，市值增长近8倍。
照这个速度，“未来每个人都将拥有AI助理”将不再是想象。而携手迈向通用人工智能的路上，各国表现出不同的优势领域。美国拥有顶尖的人工智能研发机构、科技企业，在深度学习、自然语言处理、计算机视觉等关键领域涌现出重大突破。欧洲则在伦理规范方面具有优势。我国在AI技术的产业化和应用方面表现不俗，推动与实体经济深度融合，以及制造业、农业、金融、医疗等行业的转型升级，掌握竞争力。（点击查看此前报道→“21世纪的“超级物种”，你爱了吗？”）
*6G通信，每个季度都有新突破
过去一年，我国几乎每个季度都在这一领域有新突破：2024年2月3日，搭载中国移动星载基站和核心网设备的两颗天地一体低轨试验卫星成功发射入轨。其中“星核”验证星是全球首颗6G架构验证星，意味着6G“空天地海一体化网络”的星载网络架构的验证工作正式开启。6月26日，辽鲁航线海域5G网络正式投运，这是我国首次实现5G网络海上规模化连续覆盖。这意味着，以后身在茫茫大海的人也可以愉快地“刷视频”了。7月，我国率先搭建了国际首个通信与智能融合的6G外场试验网。
6G外场试验网内容展示。图源：北京邮电大学
与5G相比，6G最直观的差异体现在数据传输速率“质”的飞跃。理论上，利用太赫兹频段，6G可使数据传输速率提升至5G的100倍以上，达到每秒数十GB甚至TB级别。更低的网络延迟，也是6G的关键指标。5G的标准时延是毫秒级，6G网络传输时延将有望达到微秒级，仅有眨一下眼睛的千分之一。而6G更关键指标还在于泛在物联、万物智联——它将提供三类融合，即通信与感知的融合、通信与人工智能的融合，以及天地融合。
截至2024年上半年，我国在全球6G专利申请中占据40.3%的份额，居世界第一，美国以35.2%的比例紧随其后，日本以9.9%的比例位列第三。（点击查看此前报道→“没有退路可言！这些领域的关键高新科技一个都不能少”）
技术突破方面，我国在通信感知、智能超表面、太赫兹通信、可见光通信等关键技术上取得了突破性进展，并通过5G技术的积累和5.5G技术的验证，为6G技术的发展奠定了坚实基础。美国在频谱资源开放、战略规划、技术集成方面具有优势，侧重于空天地一体化、AI与通感算融合以及网络安全等方面的研究，在太赫兹技术、OpenRAN技术路线等方面进行了深入探索。
眼下，6G还处在研究、试验阶段，但在未来两年，6G将从技术研究走向实质性开发。从5G万物互联到6G万物智联，有两个重要的支撑点。一个是6G时代，通信须服务智能社会，实现智慧泛在的需求。另一个是泛场景的多样化、智能化，不能用单一方案、单一能力去解决，而是更加注重协同，即通感算智一体。未来的应用需求也不仅是链接，更要满足多样化综合能力的集成需要。作为6G技术探索之路上的关键拼图，AI被“委以重任”。AI将为6G解锁更广泛的场景，6G也将把更强的网络能力以应用程序编程接口（API）的形式开放给开发者，激发他们新的灵感。
2025年对6G来说，将从多种可能性研究阶段向实用化收敛，从可行程度、实现难度、实际收益等落地角度考虑实际问题。
*量子通信，优势显著
量子通信领域，我国优势显著，尤其在量子密钥分发（QKD）方面。我国已实现光纤点对点量子保密通信最远安全距离突破1000公里；利用可信中继手段，我国先后建立了远距离光纤量子保密通信骨干网“京沪干线”、国家广域量子保密通信骨干网。量子密钥分发速度上，我国实现了每秒115.8兆字节的传输速度，相关系统已广泛应用于政府、金融和能源等领域的安全通信。
2023年7月21日，国盾量子首席科学家彭承志在位于安徽合肥的科大国盾量子技术有限公司展厅操作“祖冲之二号”同款超导量子计算机。新华社记者 金立旺 摄
量子计算方面，国际学术界公认有3个里程碑阶段，一是实现量子计算优越性，即量子计算机对特定问题的计算能力超过超级计算机。二是实现专用量子模拟机，用于解决若干超级计算机无法胜任的实用问题，同时突破量子纠错技术。三是将量子比特的操纵精度提高到超越容错阈值的基础上，相干操纵至少数百万个量子比特，实现可编程的容错通用量子计算机。
在这三个里程碑阶段，我国均作出重要贡献。62个比特的“祖冲之号”超导量子计算原型机、66个比特的“祖冲之二号”超导量子计算原型机的诞生，使我国成为目前唯一在两种物理体系上都实现了量子计算优越性的国家。2024年12月17日，“祖冲之三号”超导量子计算处理器公布在arxiv上，其处理随机线性采样的速度可超过目前最快的超级计算机“前沿”1000万亿倍，超过谷歌2024年10月发表于《自然》的最新进展——72比特“悬铃木”处理器6个数量级，为目前公开发表的超导量子计算最强优越性。
量子之光何时照进现实？量子中继连接的城际量子通信网络经10年左右发展可走向实际应用；基于卫星平台的远距离量子通信，将通过多颗微纳量子卫星构成的“量子星座”以及具有更长过境时间的中高轨道卫星，实现高效率的量子卫星网络，从而构建完整的天地一体广域量子通信网络体系。谷歌、IBM以及英国和法国政府都提出在2035年前后实现百万个量子比特相干操纵的目标。
我国正在编制的国家量子科技相关规划中，也提出了同样的目标。未来3至5年，我国将实现数百至上千个量子比特的相干操纵，解决若干超级计算机无法胜任的具有重大实用价值的问题。未来10至15年，将在量子纠错基础上相干操纵百万个量子比特，研制具备基本功能的容错通用量子计算机，探索其在密码分析、大数据分析等方面的应用。（点击查看此前报道→“不被干扰、不被欺骗、全天候……它将全面取代卫星导航?）
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科技重塑“未来健康”
*基因技术应用广泛、突破不断
2024年是细胞与基因治疗大放异彩的一年。《自然》统计数据显示，2024年全球约有46个用于治疗自体免疫疾病的基因工程改造的细胞产品进入临床阶段，这一数据比上一年高出两倍以上。据不完全统计，仅2024年上半年，全球就有8款细胞与基因疗法获批上市。
Cas9新变体成为更高效的小型基因编辑工具，推动了基因治疗在遗传疾病与癌症治疗中的应用。诺贝尔化学奖得主Jennifer Doudna实验室改造出一种全新的Cas9变体——iGeoCas9，该变体不仅热稳定性好、活性强，编辑效率也提高了近30%。上海科技大学季泉江实验室设计出Cas12n变体，在缩小Cas9尺寸的同时保证了靶向特异性，使其适用于更小的AAV载体系统，为小型基因编辑器的开发应用提供了一个新选择。
被视作安全性更高的基因技术——RNA编辑疗法，展现出在遗传病、癌症、神经退行性疾病等领域的巨大潜力。RNA编辑疗法是通过精确修改细胞内RNA分子序列来改变基因表达和功能的技术。与直接操作DNA不同，RNA编辑是可逆的，故精确度、安全性更高，因此也被业界寄予更多期待。
2024年，首个进入临床的RNA编辑疗法——WVE-006在人体完成机制验证，其在治疗α-1抗胰蛋白酶缺乏症的研究中获得了积极的数据表现。这意味着RNA编辑疗法在基因递送、临床应用等领域将迎来更好发展，或将超越CRISPR成为下一个基因编辑技术的重点领域。
曾7次出现在诺贝尔生理学或医学奖授奖辞中的干细胞研究，在过去一年展现出更大潜能，并有望成为再生医学的下一个爆发点。2024年，日本接连实现两例干细胞突破：大阪大学眼科学教授西田耕二领导的团队进行的一项世界首例临床试验，利用重编程的诱导多能干细胞成功治愈了四名患有严重角膜眼病的患者。日本京都大学研究人员利用人类诱导多能干细胞大量培养出前精原细胞和卵原细胞，这一成果或将应用于治疗不孕症。美国加州大学圣地亚哥分校团队研发了全新的“免疫兼容”干细胞，解决了人类胚胎干细胞移植面临的免疫排斥问题。美国生物科技公司LyGenesis探索开发出一种名为“微型肝脏”的疗法，这种疗法通过将健康的肝细胞注射到患者的淋巴结中，使得淋巴结能够逐渐转变为具有肝脏功能的“微型肝脏”。这一独特的治疗方法不仅开辟了肝脏疾病治疗的新途径，也为器官捐献和移植领域带来新希望。
CAR-T是近年来涌现出的“明星抗癌疗法”。这种疗法先从患者体内分离出免疫T细胞，并在体外对它们进行基因改造，装上识别癌细胞表面抗原的“嵌合抗原受体”（CAR）。随后，经过改造的细胞在实验室中大量扩增，再被输注回患者体内，瞄准癌细胞展开无情的攻击。自2017年美国食品药品监督管理局(以下简称“FDA”)批准首款CAR-T疗法上市，现有的多款CAR-T疗法已经造福了白血病、淋巴瘤和多发性骨髓瘤等血液癌症的患者。据不完全统计，截至2024年12月底，通过FDA审批的CAR-T疗法共有6种。中国国家药品监督管理局也批准了几款CAR-T药物的上市，发展前景广阔。
更被大众所熟知并保持关注的是2024年开始火爆出圈的GLP-1减肥药赛道。国内药企也竞相布局。2024年11月28日，手握司美格鲁肽生物类似药的杭州九源基因正式登陆港交所。还有一些中国企业愿意承担更高风险选择自研新型GLP-1减肥药。甘李药业研发的GZR18正在国内开展临床试验，且该公司也在同美国监管部门沟通有关审批程序。GZR18可将注射次数减半，从而为患者提供更大的用药便利。此外，北京质肽生物正在研发测试的GLP-1减肥药据称每月只需用药一次。（点击查看此前报道→“让马斯克“判若两马”，“神药”什么来头？”）
整体来看，美国在细胞与基因治疗领域起步较早，技术积累深厚，具有先发优势。我国凭借庞大的临床试验数量、灵活的政策机制、自主创新的能力，后发追赶，并在某些技术路线和国际化方面取得一定突破。
*脑机接口，各国角力的焦点
作为现代科技与医学融合的明珠，脑机接口正悄然改变着我们的认知和能力边界。这一革命性的技术，通过构建大脑与外部设备之间的直接桥梁，为传统医疗手段难以破解的难题提供了前所未有的解法：它不仅能够帮助瘫痪、行动功能障碍、癫痫等人群走向正常生活，减轻家庭负担，也对应对社会老龄化具有重要意义。（点击查看此前报道→“马斯克“死磕”的脑机，其实各国早就都盯上了！”）
2023年11月14日，患者通过无线微创脑机接口成功实现脑控抓握。新华社发（清华大学供图）
在全球领域，美国在脑机接口领域的理论、方法、实践，起步早、基础好，具有领先优势。特别是在侵入式脑机接口技术方面，美国已开发多种先进的神经界面技术，如外周神经电极、三维电极、柔性电极、环形电极和光遗传技术，并成功应用于临床研究与应用中。2024年2月20日，埃隆·马斯克宣布其脑机接口公司Neuralink首位植入大脑芯片的人类患者成功地利用意念控制了电脑鼠标。2024年8月，美国加州大学戴维斯分校健康中心的研究团队通过在渐冻症患者大脑中植入脑机接口设备，将脑信号解码转换成语音，让失语的患者重新“说话”。
我国在这一领域也有重大突破。2024年1月，首都医科大学宣武医院与清华大学医学院合作，成功实现了一名四肢截瘫患者通过植入式硬膜外电极脑机接口实现自主喝水等脑控功能。2024年4月，我国科学家自主研发的“北脑二号”高性能侵入式智能脑机系统，在全球首次实现猕猴通过意念控制对二维运动目标的脑控拦截。2024年11月，复旦大学附属华山医院顺利完成全国第三例、上海第一例脑机接口产品临床试验植入手术。我国自主研发的NEO脑机接口设备2025年将应用在全国约10个中心，30至50例脑机接口植入手术中。渐冻症、帕金森病、瘫痪……这些疑难疾病或在脑机接口技术的发展下，获得新的解决方案。
2025年将开启新世纪的第二个25年，中国作为全球科技创新的重要力量，将在多个领域继续保持第一梯队，同时向领先地位发起冲击，并在应对全球性挑战中发挥更大作用。在这股日新月异的科技浪潮中，希望全球科技力量携手在上述6大领域持续发力，为我们创造一个更加绿色、先进和可持续的未来。
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