中國(guó)加大了在原子級(jí)制造布局上的籌碼
原子級(jí)制造也許是一場(chǎng)關(guān)乎未來制造業(yè)和國(guó)家戰(zhàn)略競(jìng)爭(zhēng)力的科技孵化及風(fēng)險(xiǎn)投資。
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藍(lán)圖中的原子級(jí)制造：缺少場(chǎng)景的未來愿景
12月26日至27日，全國(guó)工業(yè)和信息化工作會(huì)議在京召開，會(huì)議提出：“要制定出臺(tái)生物制造、量子產(chǎn)業(yè)、具身智能、原子級(jí)制造等領(lǐng)域創(chuàng)新發(fā)展政策?！?/p>
原子級(jí)制造，作為未來制造的“終極形態(tài)”，被工信部列為六大未來重點(diǎn)領(lǐng)域之一。其本質(zhì)是對(duì)物質(zhì)世界基本單元——原子的精準(zhǔn)操控，通過原子層面的去除、沉積、移動(dòng)及組合，制造出具有特定原子結(jié)構(gòu)的產(chǎn)品。通俗而言，這不僅是制造尺度的縮小，更是從傳統(tǒng)工業(yè)時(shí)代“創(chuàng)造物質(zhì)形態(tài)”到量子時(shí)代“解碼物質(zhì)本質(zhì)”的躍遷。
原子級(jí)制造是通過對(duì)原子的規(guī)?；珳?zhǔn)操控，將制造的可控量推進(jìn)到原子及原子基元的水平，逐步實(shí)現(xiàn)原子級(jí)精度制造、原子級(jí)結(jié)構(gòu)制造，最終實(shí)現(xiàn)逐一原子的按需創(chuàng)制，是賦能產(chǎn)品獲得逼近理論極限性能的變革性制造技術(shù)。
原子是物質(zhì)世界中最基本的構(gòu)成單元。原子制造通過精確操縱原子及功能基元來從最底層創(chuàng)造全新的物質(zhì)、材料和器件，并構(gòu)建具有革命性能的裝備和系統(tǒng)。 原子制造既是先進(jìn)制造技術(shù)的極致化，也是量子理論的試驗(yàn)場(chǎng)，還是物質(zhì)科學(xué)的未來技術(shù)，甚至未來態(tài)。
相比微米和納米制造，原子級(jí)制造的核心在于對(duì)原子行為的精確預(yù)測(cè)和控制，使得功能器件和材料在原子層面呈現(xiàn)前所未有的物理性能。其潛在應(yīng)用涵蓋從單原子芯片到核靶球的多領(lǐng)域顛覆性創(chuàng)新，尤其在半導(dǎo)體、航空航天、量子計(jì)算等領(lǐng)域，能實(shí)現(xiàn)“尺寸壓縮千倍，性能提升百倍”的目標(biāo)。
美國(guó)國(guó)防部高級(jí)研究計(jì)劃局和能源部自2015 年起就率先部署了相關(guān)的研究計(jì)劃，并在2022年 發(fā)布的《美國(guó)先進(jìn)制造國(guó)家戰(zhàn)略》中進(jìn)一步強(qiáng)化了原子制造在微電子制造領(lǐng)域的應(yīng)用。我國(guó)科技 部門也已經(jīng)清醒地認(rèn)識(shí)到原子制造技術(shù)的重要性，意識(shí)到掌握這項(xiàng)技術(shù)將有助于扭轉(zhuǎn)我國(guó)在集成電路、量子科技、新材料創(chuàng)制、精密元器件等領(lǐng)域的被動(dòng)局面。
一些權(quán)威人士認(rèn)為：國(guó)內(nèi)外原子級(jí)制造尚處于“萌芽”和產(chǎn)業(yè)化初期階段，從科學(xué)原理、關(guān)鍵技術(shù)，到原子級(jí)制造所需的科學(xué)儀器、加工裝備，都存在大量瓶頸問題亟待解決，全面實(shí)現(xiàn)原子級(jí)制造還需長(zhǎng)期努力。
實(shí)話實(shí)說的是，“科研是明天”，因此，以上概念的描述及界定，也許，意義不是很大，由于，現(xiàn)實(shí)中還沒有應(yīng)用場(chǎng)景，引致任何語言的概括都是海市蜃樓式的，抑或是刻舟求劍式的。殷鑒不遠(yuǎn)，過去，中國(guó)的個(gè)別所謂的專家大談區(qū)塊鏈，但在其專業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用場(chǎng)景上卻毫無建樹，最后只能不了了之。希望在原子制造問題上不會(huì)重蹈覆轍。
想象中的原子級(jí)制造
原子級(jí)制造的重要性不僅在于技術(shù)革新，更是對(duì)國(guó)家科技戰(zhàn)略的全新賦能。
?產(chǎn)業(yè)升級(jí)的核心驅(qū)動(dòng)力：通過單原子精準(zhǔn)操作，傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的瓶頸將被突破。例如，在高端精密制造領(lǐng)域，可直接制造納米尺寸以下的核心器件；在材料領(lǐng)域，可通過改變?cè)优帕袑?shí)現(xiàn)新材料合成，賦予材料超導(dǎo)、超硬等特殊性能。
?未來科技競(jìng)爭(zhēng)的制高點(diǎn)：原子級(jí)制造是當(dāng)前工業(yè)強(qiáng)國(guó)“新賽道”競(jìng)速的前沿。美國(guó)、日本等國(guó)早已投入大量資源，試圖在相關(guān)技術(shù)上確立領(lǐng)先地位。掌握這一技術(shù)的國(guó)家，將在未來全球科技競(jìng)爭(zhēng)中占據(jù)決定性優(yōu)勢(shì)。
?國(guó)家安全的技術(shù)基石：在芯片、核能等領(lǐng)域，原子級(jí)制造可以提供高敏感器件、先進(jìn)武器系統(tǒng)所需的核心技術(shù)，從而全面提升國(guó)家戰(zhàn)略安全能力。
國(guó)際與中國(guó)的技術(shù)現(xiàn)狀：為何仍在“紙上談兵”階段？
當(dāng)前，全球范圍內(nèi)的原子級(jí)制造研究仍以實(shí)驗(yàn)室探索為主，距離真正的大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化還有很遠(yuǎn)的路要走。具體原因包括：
?科學(xué)儀器和核心裝備受限：制造過程中需要的高精度科學(xué)儀器，如原子層拋光設(shè)備、原子層刻蝕機(jī)，依賴于極高的技術(shù)能力和投入。這些設(shè)備大多被美國(guó)、日本等發(fā)達(dá)國(guó)家壟斷，中國(guó)企業(yè)在設(shè)備研發(fā)上尚處初級(jí)階段。
?理論與實(shí)踐之間的鴻溝：盡管量子力學(xué)為原子行為提供了理論依據(jù)，但如何將理論化為可操作的技術(shù)仍是未解之謎。例如，對(duì)單個(gè)原子的精準(zhǔn)控制和重復(fù)加工，即便在實(shí)驗(yàn)室中實(shí)現(xiàn)，也極難擴(kuò)展到產(chǎn)業(yè)化規(guī)模。
?多學(xué)科協(xié)同不足：原子級(jí)制造涉及量子物理、化學(xué)、機(jī)械工程等多個(gè)學(xué)科的交叉協(xié)作，但目前學(xué)科間的壁壘仍較高。尤其是中國(guó)國(guó)內(nèi)的學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界在技術(shù)轉(zhuǎn)化方面存在脫節(jié)現(xiàn)象。
中國(guó)的戰(zhàn)略投入：優(yōu)勢(shì)與挑戰(zhàn)并存
近年來，中國(guó)在原子級(jí)制造領(lǐng)域投入了大量資源并取得了一些標(biāo)志性成果，例如南京大學(xué)設(shè)立國(guó)內(nèi)首個(gè)原子制造研究中心，北京航空航天大學(xué)成立相關(guān)研究機(jī)構(gòu)。與此同時(shí)，中國(guó)電子科技集團(tuán)等企業(yè)也參與到關(guān)鍵技術(shù)的攻關(guān)中。
中國(guó)的優(yōu)勢(shì)
1.完整的產(chǎn)業(yè)鏈生態(tài)：作為全球制造業(yè)中心，中國(guó)擁有從基礎(chǔ)材料到成品制造的完整產(chǎn)業(yè)鏈。這為原子級(jí)制造技術(shù)的研發(fā)和推廣提供了支持。
2.巨大的市場(chǎng)潛力：中國(guó)龐大的應(yīng)用市場(chǎng)，包括半導(dǎo)體、航空航天等領(lǐng)域，為原子級(jí)制造成果的轉(zhuǎn)化和商業(yè)化提供了可能性。
面對(duì)的挑戰(zhàn)
1.設(shè)備依賴國(guó)外：盡管已有突破，但關(guān)鍵設(shè)備和材料仍依賴進(jìn)口，核心技術(shù)自主化任重道遠(yuǎn)。
2.技術(shù)研發(fā)投入大：原子級(jí)制造的研發(fā)周期長(zhǎng)、投入高，短期內(nèi)難以看到經(jīng)濟(jì)回報(bào)，這對(duì)企業(yè)的資金實(shí)力和政府的政策支持都是考驗(yàn)。
3.核心技術(shù)的“卡脖子”風(fēng)險(xiǎn)：在原子層沉積、刻蝕等領(lǐng)域，國(guó)際巨頭如ASML等已占據(jù)絕對(duì)主導(dǎo)地位，中國(guó)在相關(guān)技術(shù)上仍處追趕階段。
為何還難以預(yù)測(cè)原子級(jí)制造的產(chǎn)業(yè)化前景？
盡管前景誘人，但當(dāng)前技術(shù)局限和經(jīng)濟(jì)成本使得原子級(jí)制造距離大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化仍遙遙無期。也就是說，尚無時(shí)間表、路線圖。
1.技術(shù)不確定性：原子級(jí)制造是建立在量子物理基礎(chǔ)上的新興技術(shù)，很多科學(xué)問題至今未能解決。例如如何同時(shí)實(shí)現(xiàn)原子級(jí)加工的效率和規(guī)?；?。
2.經(jīng)濟(jì)可行性待驗(yàn)證：即使核心技術(shù)突破，相關(guān)設(shè)備和工藝的高昂成本可能限制其在市場(chǎng)上的廣泛應(yīng)用。
3.競(jìng)爭(zhēng)態(tài)勢(shì)不明朗：國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手已經(jīng)在相關(guān)領(lǐng)域投入巨資，中國(guó)要在短期內(nèi)實(shí)現(xiàn)超越，既需要政策引導(dǎo)，也需要舉國(guó)體制的協(xié)調(diào)。
4.中國(guó)專家眼中的原子級(jí)制造困難：中國(guó)科學(xué)院院士、中國(guó)科學(xué)院原副院長(zhǎng)高鴻鈞認(rèn)為：“原子級(jí)制造產(chǎn)業(yè)在科學(xué)儀器、裝備、材料、元器件等方面還存在諸多難題，下一步需要聯(lián)盟共同努力、聯(lián)合攻關(guān)。”中國(guó)工程院院士、哈爾濱工業(yè)大學(xué)教授譚久彬表示：“具體來講，無論原子級(jí)制造的科學(xué)原理，還是關(guān)鍵技術(shù)，無論是原子級(jí)制造原理探索所需的科學(xué)儀器，還是原子級(jí)制造過程所需的加工裝備，都極大地挑戰(zhàn)了我們現(xiàn)在的認(rèn)知和能力范疇，存在大量的瓶頸問題亟待解決。目前，實(shí)現(xiàn)原子級(jí)制造還面臨多重挑戰(zhàn)，國(guó)內(nèi)外仍處于萌芽階段，大量瓶頸問題亟待解決?！敝袊?guó)科學(xué)院院士、廈門大學(xué)教授謝素原舉例說，早在上世紀(jì)80年代就有人提出操控原子，但“原子沒那么聽話”，技術(shù)層面很有難度，至今沒有根本性突破，中國(guó)在這方面沒有絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，因此尤其需要加強(qiáng)對(duì)基礎(chǔ)理論的研究。南京大學(xué)原子制造研究院院長(zhǎng)、南京大學(xué)教授宋鳳麒認(rèn)為：“原子級(jí)制造面對(duì)的挑戰(zhàn)中，最關(guān)鍵的還是基礎(chǔ)設(shè)施與裝備部分。目前大部分核心設(shè)備仍掌握在發(fā)達(dá)國(guó)家手中，國(guó)內(nèi)研究設(shè)備依賴進(jìn)口?！毙枰赋龅氖牵@位沒有院士頭銜的宋鳳麒，可能是距離中國(guó)原子級(jí)制造研究最近的人之一。??
從“紙上談兵”到迎接未來
原子級(jí)制造也許是一場(chǎng)關(guān)乎未來制造業(yè)和國(guó)家戰(zhàn)略競(jìng)爭(zhēng)力的科技孵化及風(fēng)險(xiǎn)投資。雖然當(dāng)前技術(shù)和經(jīng)濟(jì)的不確定性使其產(chǎn)業(yè)化前景難以預(yù)測(cè)，但其作為基礎(chǔ)性技術(shù)的潛力已經(jīng)顯現(xiàn)。中國(guó)能否在這場(chǎng)技術(shù)競(jìng)賽中贏得先機(jī)，取決于能否跨越現(xiàn)有的技術(shù)障礙，實(shí)現(xiàn)理論與實(shí)踐的統(tǒng)一。
從傳統(tǒng)的刀具制造到微納尺度的加工，再到今天對(duì)原子的精準(zhǔn)操控，人類制造技術(shù)的每一次跨越都為工業(yè)革命注入了新的活力。而原子級(jí)制造，或?qū)⒊蔀槲磥戆倌昕萍甲兏锏暮诵尿?qū)動(dòng)力。對(duì)于中國(guó)而言，這不僅是一次技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)，更是一場(chǎng)涉及產(chǎn)業(yè)布局、國(guó)家安全和全球話語權(quán)的戰(zhàn)略性較量。（財(cái)富中文網(wǎng)）
作者王衍行為財(cái)富中文網(wǎng)專欄作家，中國(guó)人民大學(xué)重陽金融研究院高級(jí)研究員、中國(guó)銀行業(yè)協(xié)會(huì)前副秘書長(zhǎng)、財(cái)政部?jī)?nèi)部控制標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)咨詢專家
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編輯：魏雨彤
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