原子級制造也許是一場關(guān)乎未來制造業(yè)和國家戰(zhàn)略競爭力的科技孵化及風(fēng)險投資,。
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藍圖中的原子級制造：缺少場景的未來愿景
12月26日至27日,，全國工業(yè)和信息化工作會議在京召開，會議提出：“要制定出臺生物制造,、量子產(chǎn)業(yè),、具身智能、原子級制造等領(lǐng)域創(chuàng)新發(fā)展政策,?！?/p>
原子級制造，作為未來制造的“終極形態(tài)”,，被工信部列為六大未來重點領(lǐng)域之一,。其本質(zhì)是對物質(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)時代“創(chuàng)造物質(zhì)形態(tài)”到量子時代“解碼物質(zhì)本質(zhì)”的躍遷,。
原子級制造是通過對原子的規(guī)?；珳?zhǔn)操控，將制造的可控量推進到原子及原子基元的水平,，逐步實現(xiàn)原子級精度制造,、原子級結(jié)構(gòu)制造，最終實現(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)。 原子制造既是先進制造技術(shù)的極致化,，也是量子理論的試驗場,，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,，原子級制造的核心在于對原子行為的精確預(yù)測和控制,，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、量子計算等領(lǐng)域,，能實現(xiàn)“尺寸壓縮千倍,，性能提升百倍”的目標(biāo)。
美國國防部高級研究計劃局和能源部自2015 年起就率先部署了相關(guān)的研究計劃,，并在2022年 發(fā)布的《美國先進制造國家戰(zhàn)略》中進一步強化了原子制造在微電子制造領(lǐng)域的應(yīng)用,。我國科技 部門也已經(jīng)清醒地認(rèn)識到原子制造技術(shù)的重要性，意識到掌握這項技術(shù)將有助于扭轉(zhuǎn)我國在集成電路,、量子科技,、新材料創(chuàng)制、精密元器件等領(lǐng)域的被動局面,。
一些權(quán)威人士認(rèn)為：國內(nèi)外原子級制造尚處于“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,，全面實現(xiàn)原子級制造還需長期努力,。
實話實說的是，“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)實中還沒有應(yīng)用場景,，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,，過去,，中國的個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重蹈覆轍。
想象中的原子級制造
原子級制造的重要性不僅在于技術(shù)革新，更是對國家科技戰(zhàn)略的全新賦能,。
?產(chǎn)業(yè)升級的核心驅(qū)動力：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,，可通過改變原子排列實現(xiàn)新材料合成,，賦予材料超導(dǎo)、超硬等特殊性能,。
?未來科技競爭的制高點：原子級制造是當(dāng)前工業(yè)強國“新賽道”競速的前沿。美國,、日本等國早已投入大量資源,，試圖在相關(guān)技術(shù)上確立領(lǐng)先地位。掌握這一技術(shù)的國家,，將在未來全球科技競爭中占據(jù)決定性優(yōu)勢,。
?國家安全的技術(shù)基石：在芯片、核能等領(lǐng)域,，原子級制造可以提供高敏感器件,、先進武器系統(tǒng)所需的核心技術(shù)，從而全面提升國家戰(zhàn)略安全能力,。
國際與中國的技術(shù)現(xiàn)狀：為何仍在“紙上談兵”階段,？
當(dāng)前，全球范圍內(nèi)的原子級制造研究仍以實驗室探索為主,，距離真正的大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化還有很遠的路要走,。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,，依賴于極高的技術(shù)能力和投入。這些設(shè)備大多被美國,、日本等發(fā)達國家壟斷,，中國企業(yè)在設(shè)備研發(fā)上尚處初級階段。
?理論與實踐之間的鴻溝：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，對單個原子的精準(zhǔn)控制和重復(fù)加工,，即便在實驗室中實現(xiàn),，也極難擴展到產(chǎn)業(yè)化規(guī)模。
?多學(xué)科協(xié)同不足：原子級制造涉及量子物理、化學(xué),、機械工程等多個學(xué)科的交叉協(xié)作,，但目前學(xué)科間的壁壘仍較高。尤其是中國國內(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,。
中國的戰(zhàn)略投入：優(yōu)勢與挑戰(zhàn)并存
近年來,，中國在原子級制造領(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)立國內(nèi)首個原子制造研究中心,，北京航空航天大學(xué)成立相關(guān)研究機構(gòu),。與此同時，中國電子科技集團等企業(yè)也參與到關(guān)鍵技術(shù)的攻關(guān)中,。
中國的優(yōu)勢
1.完整的產(chǎn)業(yè)鏈生態(tài)：作為全球制造業(yè)中心,，中國擁有從基礎(chǔ)材料到成品制造的完整產(chǎn)業(yè)鏈。這為原子級制造技術(shù)的研發(fā)和推廣提供了支持,。
2.巨大的市場潛力：中國龐大的應(yīng)用市場,，包括半導(dǎo)體、航空航天等領(lǐng)域,，為原子級制造成果的轉(zhuǎn)化和商業(yè)化提供了可能性,。
面對的挑戰(zhàn)
1.設(shè)備依賴國外：盡管已有突破，但關(guān)鍵設(shè)備和材料仍依賴進口,，核心技術(shù)自主化任重道遠,。
2.技術(shù)研發(fā)投入大：原子級制造的研發(fā)周期長、投入高,，短期內(nèi)難以看到經(jīng)濟回報,，這對企業(yè)的資金實力和政府的政策支持都是考驗。
3.核心技術(shù)的“卡脖子”風(fēng)險：在原子層沉積,、刻蝕等領(lǐng)域,，國際巨頭如ASML等已占據(jù)絕對主導(dǎo)地位，中國在相關(guān)技術(shù)上仍處追趕階段,。
為何還難以預(yù)測原子級制造的產(chǎn)業(yè)化前景,？
盡管前景誘人，但當(dāng)前技術(shù)局限和經(jīng)濟成本使得原子級制造距離大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化仍遙遙無期,。也就是說,，尚無時間表、路線圖,。
1.技術(shù)不確定性：原子級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。例如如何同時實現(xiàn)原子級加工的效率和規(guī)?；?。
2.經(jīng)濟可行性待驗證：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上的廣泛應(yīng)用。
3.競爭態(tài)勢不明朗：國際競爭對手已經(jīng)在相關(guān)領(lǐng)域投入巨資,，中國要在短期內(nèi)實現(xiàn)超越,，既需要政策引導(dǎo)，也需要舉國體制的協(xié)調(diào),。
4.中國專家眼中的原子級制造困難：中國科學(xué)院院士,、中國科學(xué)院原副院長高鴻鈞認(rèn)為：“原子級制造產(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,，無論原子級制造的科學(xué)原理，還是關(guān)鍵技術(shù),，無論是原子級制造原理探索所需的科學(xué)儀器，還是原子級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,，實現(xiàn)原子級制造還面臨多重挑戰(zhàn),，國內(nèi)外仍處于萌芽階段，大量瓶頸問題亟待解決,?！敝袊茖W(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,，中國在這方面沒有絕對優(yōu)勢，因此尤其需要加強對基礎(chǔ)理論的研究,。南京大學(xué)原子制造研究院院長,、南京大學(xué)教授宋鳳麒認(rèn)為：“原子級制造面對的挑戰(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)達國家手中,，國內(nèi)研究設(shè)備依賴進口,。”需要指出的是,，這位沒有院士頭銜的宋鳳麒,，可能是距離中國原子級制造研究最近的人之一。??
從“紙上談兵”到迎接未來
原子級制造也許是一場關(guān)乎未來制造業(yè)和國家戰(zhàn)略競爭力的科技孵化及風(fēng)險投資,。雖然當(dāng)前技術(shù)和經(jīng)濟的不確定性使其產(chǎn)業(yè)化前景難以預(yù)測,，但其作為基礎(chǔ)性技術(shù)的潛力已經(jīng)顯現(xiàn)。中國能否在這場技術(shù)競賽中贏得先機,，取決于能否跨越現(xiàn)有的技術(shù)障礙,，實現(xiàn)理論與實踐的統(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。而原子級制造,，或?qū)⒊蔀槲磥戆倌昕萍甲兏锏暮诵尿?qū)動力,。對于中國而言，這不僅是一次技術(shù)競爭,，更是一場涉及產(chǎn)業(yè)布局,、國家安全和全球話語權(quán)的戰(zhàn)略性較量。（財富中文網(wǎng)）
作者王衍行為財富中文網(wǎng)專欄作家,，中國人民大學(xué)重陽金融研究院高級研究員,、中國銀行業(yè)協(xié)會前副秘書長、財政部內(nèi)部控制標(biāo)準(zhǔn)委員會咨詢專家
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編輯：魏雨彤
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