美國衰落了嗎？在這些前沿領域特朗普仍強調「要領跑」
參考消息網1月29日報道（文/林小春）經常有人問：美國衰落了嗎？至少從科學方面看，還很難說有哪個國家或哪個行業超過了美國。美國國家科學基金會近日發布的《2018年科學與工程指標》報告顯示，自2008年金融危機以來，美國的整體研發經費以每年1.4%的速度增長。從資金、論文、人才等多方面看，美國科技實力依然全球領先。了解美國科研前沿領域和發展方向，有助於我們在新一輪科技革命中精準發力，彎道超車。
奧巴馬政府時期，美國推出了「腦計劃」「精確醫學」「癌症登月」「微生物組」等重大國家計劃。特朗普上台後強調「美國優先」，重視國家安全，重返月球計劃正是這一觀念的反映，而氣候變化等環保領域科研的優先順序降低。但整體來看，由於美國三分之二的研究經費來自民間，美國的各個科研領域實際上仍然都獲得大量經費的支持並快速發展。以下四大領域有望對全球的未來產生重大乃至革命性的影響。
2017年11月IBM發布的50量子位處理器部分原型（英國《每日郵報》網站）
深空門戶：美國載人航天新起點
2017年12月，美國總統特朗普在白宮宣布重返月球計劃，並強調：「太空與許多其他領域的應用密切相關，包括軍事方面的應用。我們是領先者，我們要保持領先地位，要將這種領先地位大大鞏固。」
登月，是冷戰期間美國在太空競賽中領先蘇聯的標誌，已經升華為美國人心中象徵著國力強盛的符號。幾乎可以肯定，美國航空航天局去年3月提出的月球軌道「深空門戶」太空港構想，將是美國重返月球的關鍵所在，成為重現所謂美國光榮太空歷史的新起點。
「深空門戶」，顧名思義，就是要在月球軌道上建設一個太空港作為通往月球表面和深空目的地的門戶。國際空間站將於2024年退役，而接班人就是「深空門戶」。與地球軌道相比，月球軌道的宇宙輻射水平更高，環境更接近於深空，來自地球的後勤保障更加困難，所以「深空門戶」不是國際空間站的簡單複製。
目前，美國航空航天局已與俄羅斯航空航天署簽署聯合聲明，同意就建設「深空門戶」事宜開展合作。日本政府也已確認將參與這一項目，加拿大同樣表示出興趣，歐洲航天局最近與美國航空航天局召開了相關研討會。在中國、日本和印度等競相提出探月計劃的大背景下，「深空門戶」可能將成為美國領導的又一項國際大科學工程。
「我設想的是，多個不同的國際和商業合作夥伴參與建設這個門戶，」美國航空航天局副局長威廉·格斯登美爾說，「它既能移動去支持在月球表面執行的機器人或夥伴任務，也能進入月球的高軌道去支持前往太陽系其他目的地的任務。」
按照美國航空航天局的規劃，建設太空港是其計劃中的第一階段任務，第二階段任務將建設深空運輸系統。如果一切順利，將在2033年實施飛往火星軌道的載人任務。
基因療法：從實驗室加速邁向臨床
2018年1月，美國國家衛生研究院宣布，將在今後6年內拿出1.9億美元資助「體細胞基因組編輯」研究項目，消除這項「革命性」技術應用於治療人類患者的障礙。
「CRISPR/Cas9等基因組編輯技術給生物醫學研究帶來革命性變化，」該院院長弗朗西斯·柯林斯在一份聲明中說，「體細胞基因組編輯計劃的重點是大幅加速這些技術的臨床轉化，以治療儘可能多的遺傳病。」
許多罕見疾病和一些常見病都是由人體DNA（脫氧核糖核酸）的改變引起，這些DNA變化可能遺傳自父母，也可能後天發生。過去十多年裡，基因組編輯領域取得巨大進展，讓精準改變活細胞內的DNA成為可能。
2017年底，國際科學界公認的權威刊物美國《科學》雜誌評選出十大突破，其中三項分別是基因療法、精準基因編輯和廣譜抗癌藥，多多少少都與基因有著關聯，反映出圍繞基因做文章是當前一大熱點。統計數據表明，全球迄今已開展約2400種基因療法的臨床試驗。
在美國，2017年一下子有三種基因療法獲得批准，其中兩種治療癌症，一種治療遺傳病，這為基因療法市場的升溫拉開序幕。美國食品和藥物管理局局長斯科特·戈特利布評價說，基因療法正處於一個「轉折點」，「我相信基因療法將成為治療甚至治癒許多重病難病的支柱」。
基因組編輯方法為糾正或改變DNA提供了一把精確的手術刀，有望用來治療遺傳病，尤其是單基因遺傳病包括血友病、地中海貧血、鐮狀細胞性貧血、杜興肌營養不良症和慢性肉芽腫病等。基因組編輯還能與免疫療法結合治療癌症，另外還讓人看到了有效剔除艾滋病病毒以及異種器官移植中潛在異種病毒的希望。
量子計算：科技巨頭競逐「量子霸權」
5量子位、17量子位、50量子位……一場你追我趕、爭相領先的激烈競逐近年來正在量子計算領域上演，其中一個懸念就是誰能率先突破50量子位的「量子霸權」標誌，而主角是英特爾、國際商用機器公司（IBM）、谷歌等美國巨頭。
量子計算最令人驚嘆之處，在於其顛覆式的計算能力突破。它利用量子特有的「疊加狀態」，實現並行計算，讓速度指數級提升。一旦量子計算機達到50個量子位水平，一步就能進行2的50次方運算，達到目前超級計算機的計算能力，實現所謂「量子霸權」。「量子霸權」指量子計算機的計算能力超過傳統計算機，實現相對於傳統計算機的「霸權」。有觀點認為，50量子位的量子計算機就能實現「量子霸權」。
與傳統計算機使用1和0存儲信息並進行計算不同，量子計算使用的是量子位（也稱量子比特）。由於具有奇特的量子疊加態，一個量子位既能夠是0或1，也能夠同時是0和1，量子計算機的存儲和計算能力因此大幅提高。
過去一年半里，IBM先後對外推出5和16量子位處理器，然後於去年11月在全球率先發布一款50量子位處理器原型。英特爾同樣迅速，2015年進軍這一領域，去年10月發布17量子位處理器，今年1月就宣布成功設計、製造和交付49量子位測試晶元。
量子計算的另一領先者谷歌2015年率先製造出9量子位的機器，2017年被曝也研製了20量子位的晶元，業界預計該公司也將很快推出49量子位的系統。
美國得克薩斯大學奧斯汀校區量子信息中心主任斯科特·阿倫森告訴記者，這些科技巨頭的水平大致旗鼓相當，接下來一年左右時間可能有某個公司贏得「量子霸權」爭奪戰。「很顯然，建造量子計算機現在是一個世界範圍內的競賽。」阿倫森說。
阿倫森認為，即便將來實現了「量子霸權」，距量子計算進入實用可能還需要一段時間，「我們目前最好的猜測是，以比任何經典計算機快得多的速度來解決『實際』問題，可能至少需要100到200量子位」。
動力電池：三方合作破解技術難題
有這樣一種說法很盛行：中國正在贏得電動汽車的「軍備競賽」。但是，一提起電動汽車，至少現在人們首先想到的還是美國的特斯拉。
目前，電動汽車的普及正遭遇動力電池的瓶頸。「如果電動汽車要具有與傳統燃油車相媲美的全天候性能和『加油』便利性，那就需要降低電池的成本，提高電池的能量密度和功率，並保證它們在低溫環境中更好地工作。」美國DRIVE計劃於2017年9月發布的《電化學能源存儲技術組路線圖》寫道。
DRIVE計劃，全稱是美國汽車能效和車用能源可持續研發創新計劃，由美國能源部、汽車廠商和行業機構共同推出，其目標是到2020年將動力電池的成本降至每千瓦時100美元，而續航能力提高至480公里，充電時間降至15分鐘以下。
DRIVE計劃路線圖最看好的還是鋰電池，認為至少未來十年內，電動汽車動力電池市場依然將由鋰電池主導。該路線圖提出了鋰電池發展的3個階段，分別是改良現有鋰電池、使用硅基合金材料做負極以及使用金屬鋰做負極。
2016年成立的「電池500聯盟」，正是希望通過開發新型高能量密度材料實現這一目標。該聯盟有11家成員機構，包括太平洋西北國家實驗室等4家國家實驗室，斯坦福大學等5所研究型大學以及特斯拉和IBM。斯坦福大學崔屹教授和太平洋西北國家實驗室的劉俊擔任聯盟共同主任。崔屹對記者預測說：「市場上將先出現硅碳結合的負極材料，然後硅的比例越來越高，能量密度也越來越高，整個產業的發展大概需要10年時間，10年之內硅負極鋰電池將是主流發展方向。」
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