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2007年世界科技发展回顾:美、英、日、俄

来源:科技日报 作者: 时间:2008-01-02
   2007年世界科技发展回顾:美国之“桌面式”电脑

    纳米芯片技术的发展引起一系列重大突破:研制出高速量子密码分发系统样机,推出“桌面式”触摸屏电脑,在单原子存储技术和单分子逻辑开关研究方面取得重大技术突破,制出能存储10万年的海量电脑数据的纳米线。

    2007年1月,美国英特尔公司和IBM公司表示,使用铪金属作为电介质,开发出45纳米线宽的晶体管技术工艺,使芯片的集成度比目前65纳米线宽的技术工艺提高1倍,运行速度提高20%,器件功耗降低30%。这是40年来晶体管技术获得的重大突破。

    2007年5月底,微软公司推出一款“桌面式”触摸屏电脑,配有一个嵌进桌面的30英寸的水平显示器,可供多个用户同时使用,用手指或屏幕上的画笔进行操作。它还能识别带有特殊条形码的物体,将手机、数码相机或者随身听等放在“桌面”,就可让它们与电脑传递数据,还可用手指拖动照片、旋转照片或将其放大。

    2007年5月30日,谷歌公司推出名为GoogleGears的网络浏览器插件,使用户在上线或离线状态下均可运行网络应用程序。GoogleGears的出现将对全球软件巨头微软公司形成挑战,对Office办公软件构成直接威胁。

    2007年6月,美国国家标准与技术研究所利用具有较强降噪能力的新型探测系统,研制出高速量子密码分发系统样机。该系统能对视频信号进行实时加密、传输和解密,传输距离达10公里。

    2007年9月,IBM公司在《科学》杂志发表两份研究报告,公布其在单原子存储技术和单分子逻辑开关研究方面取得的技术突破,这是纳米技术领域两项最新的重大科学成就。一是用扫描隧道显微镜操纵单个铁原子,并在其上成功地保存了一比特信息。该技术实用后可得到超高密度的存储设备,容量至少相当于目前硬盘的1000倍;二是首次揭示了单分子开关。该技术有望取代当今的硅芯片技术,制造出超微型的处理器,未来超级计算机的体积也许只相当于一粒尘埃,这是迈向建造分子级计算机的一个重大跨越。这些技术突破将推动纳米技术领域的发展,最终制作出原子级的器件和结构,应用于未来的计算机芯片、储存设备、传感器等。

    乔治亚工学院成功开发出被称为热化学纳米光刻术(TCNL)的新型纳米光刻术,不仅“刻写”尺寸小、速度快,且能用于包括空气和液体等多种工作环境。新技术每秒钟“刻写”长度超过数毫米,可“刻写”最小宽度仅为12纳米的图案,并具有大规模生产的潜能,在电子业、纳米应用流体学和医学等多领域均有潜在应用前景。

    宾夕法尼亚大学开发出一种新型纳米器件———采用自组装工艺形成的直径30—50纳米、长度10微米的纳米线,它能存储10万年的海量电脑数据,检索速度比现有的闪存和微型硬盘等便携式存储设备快1000倍,且更省电、存储空间更小。 (毛黎)

    2007年,美国基础研究所获甚丰,在光学信号存储、超发光现象、利用激光冷却技术获得物体接近绝对温度零度、暗物质的存在与否、无线传送电能、飞秒激光脉冲等基础研究上都取得了成就。   

美实现无线传输电力 未来跟电线电池说再见

    美国物理学家利用2个原子干涉重力仪,找到测量万有引力常数的新方法,测量精度可达百万分之一。该技术不仅可用来测量万有引力常数,对在实验室中研究广义相对论也有重要意义。

    波士顿大学设计制造出纳米同轴光缆,能把可见光挤压到极小的几何尺度,将波长在380纳米—750纳米的可见光在直径约300纳米的纳米同轴光缆中实现传送。这一技术挑战了一条重要定理:光无法穿过比自己波长小得多的孔。该成果能为多个领域带来革命性突破,应用于高效太阳能电池、微型光开关等,甚至能帮助盲人重见光明。罗切斯特大学则利用新开发的单光子技术,将相当于整张图像的信息进行编码和储存,并使其完美再现,为信息以光形式储存奠定了基础。

    能源部布鲁克海文国家实验室在利用钛—蓝宝石激光器的激光束控制自由电子激光光脉冲持续时间的实验中,首次观察到超发光现象,有助于开发新一代光源发光设备。

    研究人员借助“计算化学”科学,在计算机中设计出一种分子,它有让甲基氟化物(简单的碳氟化合物)中的碳—氟化学键断裂的能力,把碳氟化合物中的氟原子“拽”出。如能合成出这种分子,用其去除碳氟化合物中的氟,将有助于减少对大气臭氧层的破坏。

    麻省理工学院利用激光冷却技术,成功将体积相当于硬币大小的物体冷却到接近绝对温度零度,创造了激光冷却相同体积物体的最低温度纪录,为最终将较大物体冷却到绝对零度,以观察物质的量子行为带来了希望。

    暗物质的存在与否是标准宇宙学的基石,美国天文学家在距地球50亿光年的“CL0024+17”星系团中,探测到跨度约有260万光年的暗物质环。这是迄今为止能证明暗物质存在的最强有力证据,也是人类首次探测到有着独特结构的暗物质。欧美科学家还首次为暗物质绘出了大型三维图。三维图显示,正如原先所料,暗物质在可见物质聚集的基础上形成了一种丝状“骨骼”,最终产生了天体。

    麻省理工学院通过无线传送电能方式,点亮2米开外的一盏60瓦灯泡。该技术如能投入实用,今后移动电话和其他便携电器有望不需电源线也能充电,而污染环境的一大祸首电池有望“下岗”。

    能源部布鲁克海文国家实验室成功地将金纳米粒子附着于蛋白质,形成蛋白质—金纳米粒子均匀排列的薄层结构。这种人工组合式功能性生物分子在能源转换、结构生物学、药物输送和医学成像等众多领域具有广泛潜在影响。

    研究人员首次在实验中观测到分子混沌现象,即分子在碰撞前互不相干,只在碰撞后才变得相互存在联系,从而证实这一早已广为承认的假设确实存在。

    普度大学工程专家实现对超短光脉冲的光谱性质进行精细调控,并首次对一个单脉冲“飞秒光学频率梳”中的100条“梳状线带”进行精确“脉冲整形”。这是一个具有重要意义的里程碑,为制造更先进的传感器和更精密的实验室仪器、研发更高效的通讯技术奠定了基础。

    能源部橡树岭国家实验室的散裂中子源(SNS)创下中子源加速器束流功率的新纪录,达183千瓦。新的世界纪录将为科学家提供前所未有的分析和了解分子结构和行为的能力。

    科学家发现,中子在内部中心和外部边缘各有一个负电荷,而其间像三明治一样,每一层有一个正电荷夹在其中,使中子呈电中性。该成果改变了对中子如何与携带负电荷的电子,以及与携带正电荷的质子相互作用的理解。

    劳伦斯-利弗莫尔国家实验室采用化学力显微镜方法,首次掌握了测定单一官能团和碳纳米管间发生特殊相关作用的能力。纳米管探针的接触区域被减少到1.3纳米,从而能准确测定出单一官能团与碳纳米管的附着力,了解它们之间的相互作用。这项研究有助于设计和制造出更好、更强的材料以及更灵敏的装置和传感器。

    亚利桑那州立大学设计出一种革命性的激光技术,形成的飞秒激光脉冲可对微生物的蛋白质外壳产生致命振动,从而将微生物摧毁,它可以消灭艾滋病病毒和细菌而不损害人体细胞,有助于减少医院抗药性耐甲氧西林金黄色葡萄球菌感染的扩散。

    麻省理工学院开发出利用红外线在微型芯片上移动微小粒子的新方法。由于红外线不会被制造微型芯片的硅材料反射,采用红外线“光镊”不仅可用于研究芯片表面,还可用来对芯片表面进行实际操作。该学院还运用类似X光CT扫描方法,开发出一种新型成像技术,可在不用荧光标记或其他外加对比试剂的情况下展现活细胞内的任何活动,使人类首次能够对活体细胞在自然状态下的各种功能加以研究。

    科学家采用分子工程技术,研制出细胞内最大粒子穹隆体结构模型。利用这种结构可研制一种灵活的、靶向纳米胶囊来递送药物,未来还可用于生物传感器、酶运输、控制释放,甚至可作为纳米电机的一部分。

    加州大学伯克利分校利用一种纳米粒子技术,首次探测到单个细胞内生物分子的动力反应机制。这是分子成像技术的突破,将对细胞药物开发和生物医疗诊断产生深远影响。

    美国《国家地理》12月3日说,1999年在美发现的恐龙“木乃伊”达科他具有重大研究价值。这是首次发掘到表面皮肤没有塌陷进骨架内的恐龙化石,很可能为研究恐龙进化和生物群落提供无可替代的依据,让科学家在研究恐龙蛋白质甚至DNA中,找到其生活周期和生长方面的重要线索。(毛黎)

   2007年世界科技发展回顾:英国

    围绕气候变化问题的科技发展是英国2007年科技政策的重中之重;在胚胎干细胞研究领域实现了政策性的突破,原则上批准允许人类与动物细胞混合制造胚胎,并从中提取干细胞的研究。

   气候变化依然是2007年英国政府科技政策关注的重心。为实现二氧化碳减排目标,英国政府确定了一系列实施战略,包括投资低碳燃料和技术,如开发风能、潮汐能和太阳能;实行二氧化碳捕获和储存;提高能源利用效益;要求能源供应商改变能源供应方式等。英国计划到2016年,让所有新建房屋实现零排放,同时鼓励家庭使用节能灯。

    此外,英国设立了一个碳市场专家组,探讨开发全球碳排放交易市场的途径。英国还颁布了《气候变化法案》,制定了今后50年应对气候变化的具体计划和目标。根据该法案,到2020年,英国二氧化碳排放量必须在1990年的基础上削减26%至32%;到2050年,将削减至少60%。英国还将探讨把原定到2050年使二氧化碳排放量在1990年基础上削减至少60%的目标提高到80%。

    2007年,英国在胚胎干细胞研究领域再破禁区。为了适应生物技术快速发展的需要,英国人工授精与胚胎学管理局于2007年9月宣布,原则上允许人类与动物细胞混合起来制造胚胎并从中提取干细胞的研究。专家认为,此类研究对最终找到老年痴呆症、帕金森综合征和其它疾病的治愈方法至关重要。 (何屹)

    英国在宇宙早期形成、人类起源、宇宙尘埃、动物单性繁殖、遗传信息传递等课题上都取得了成就。     

    英国杜伦大学科学家提出,在宇宙早期,暗物质占据宇宙的大部分质量,正是暗物质粒子之间的相互作用,导致宇宙早期结构的形成。冷暗物质粒子移动缓慢,形成的单个巨大恒星生命短暂;而热暗物质移动快速,形成的低质量恒星可以存活至今,并且有不同大小、数量众多的星系伴随恒星产生过程的大爆炸一同形成。他们同时对黑洞形成方式提出了新见解:在热的暗物质条件下,在稠密的“单丝”上发生的恒星碰撞将会导致黑洞种子的形成。这项突破性成果为研究10亿年前宇宙早期星系的形成提供了新思路。

    天文学家认为,地球乃至太阳系中的固态物质均由环绕早期太阳的尘埃造成。曼彻斯特大学提出,尘埃来源于黑洞。观测发现,一颗距离地球80亿光年的类星体(特大质量的黑洞)周围的尘埃含有大量形成岩石的矿物,这些物质可能是构成恒星、行星和生命不可缺少的宇宙尘埃的重要来源。该成果为类星体创造尘埃的观点提供了强有力证据。

    科学家利用基因手段证明,澳大利亚土著源于非洲。这个结论可能会结束有关人类起源究竟是“非洲起源”还是“多地区起源”的争论,表明地球上所有肤色的人种很可能均为5万年前非洲人后裔。

    日本佐贺大学和英国剑桥大学科学家在分析研究了世界105个民族的6245个头盖骨标本后认为,这些头盖骨的大小、形状等数据的多样性说明,现代人类起源于撒哈拉以南非洲的单一区域,从而否定了人类有多个起源的说法。

    英意两国科学家通过实验证实,一种个头儿极小,只能在显微镜下观察到的名为蛭形轮虫的半透明无脊椎动物,已经以无性繁殖方式生存了近1亿年,并能根据生存环境变化进化出近400种不同种类。这一研究结果驳斥了只有有性繁殖才能导致动物多样化的结论。

    根据根叶相连的化石,美英科学家联手解开了远古地球树木到底是什么样的谜团。3.8亿年前,一种类似蕨类、名叫瓦提萨的植物统治地球,它是目前所发现的地球上最古老的树木。分析结果显示,早在两栖动物爬上陆地之前,地球上大量生长着这种已初步具备现代树特征的远古树木,样子与现代棕榈树极为相似。它的出现改变了大气的化学成分,使地球温度降低到与今天相似,同时也为2000万年后阔叶林及其它生物的出现并最终取而代之提供了基本条件。

    罗切斯特大学研究发现,一种称为沃尔巴克氏菌的细菌,其基因可寄生在宿主基因中,表明生物有机体有可能通过大范围基因转移快速获得新基因。 (何屹)

   2007年世界科技发展回顾:日本

    日本下一代超级计算机的目标是2010年投入使用,届时它将成为世界最高性能的超级计算机,超过目前最先进的美国劳伦斯利弗莫尔国家实验室的IBM制超级计算机。

    2007年1月26日,日本科学家开发出计算能力提高1000倍的秒运算速度1400MOPS(14亿次运算性能)单磁通量子(SFQ)电路微型处理器。这台由1万个元件构成的微型处理器是目前世界最大的SFQ微处理器,一瓦特的处理能力比半导体高出数千倍。SFQ利用低温超导实现高速和低电力消耗,为下一代超级计算机的出现奠定了基础。

    2007年2月23日,日本科学技术振兴机构与(JST)与NEC联合公布,成功完成量子密码通信中数据被窃听时信息流失量的评价工作,以该成果为基础,可开发出利用现有光通信设备生成绝对无法破译暗号密钥的量子密码系统。

    2007年6月,日本NTT、国立信息学研究所和美国国立标准技术研究所联合研究开发出10千兆赫兹时钟周波数量子暗号系统,利用单一光子水平光的量子暗号密钥成功在200公里光纤距离传输信号,达到目前世界速度最快传输距离最长纪录。

    2007年7月9日,日本KDDI公司使用旧型海底光缆成功使信息传输速度提高30倍,实现1100公里海底光缆传输速度达到每秒3太拉比特。在没对海底光缆设备进行任何改良的情况下实现高速数据传输在世界上尚属首次。

    2007年11月6日,日本东京大学一研究小组开发出一项技术,在纳米级领域利用接近物质间的电磁场(近场光)的磁记录技术。目前已经进行了适用于记录密度每平方英寸1太拉比特的大容量硬盘驱动装置(HDD)认证。  (陈超)

    推出《创新25》报告,该报告以创新为目的,确立了日本2025年要实现的社会目标。

    2007年1月25日,日本学术会议创新探讨委员会整理并公布了日本政府制定的以创新为目的的长期战略《创新25》报告。

    2007年3月,日本科技政策研究所在其“科技俯瞰预测调查”的基础上,公布了2025年日本希望实现的社会目标的有关研究报告。

    根据政府《创新25》战略计划,报告涉及六大领域。

    一、终生健康的社会。每一个人在日常生活中都主动地维持健康和预防疾病,实现健康终生的社会。研究医疗信息发布和健康管理体制的结构,论述了医疗设施如何实现高度医疗的课题。

    二、实现作为生活基础设施的信息环境和随时随地可利用信息的成熟社会。从重要技术、基础设施、生活三个方面对与信息通信技术相关的社会基础建设进行了研究。

    三、利用脑科学的发展提高公众生活质量。在医疗和机器人领域,应用脑科学和认知科学技术应对社会变革,研究提高公众生活水平的社会科学问题。

    四、建立安全的可持续发展的城市,利用生活环境技术解决交通、能源、防灾等社会问题。

    五、开拓人生和职业选择多样化;养育子女;让老年人生活多样化。

    六、克服全球性环境问题,与世界共生。在解决全球变暖、水、能源等问题方面,探讨了日本技术可能做出的贡献。

    此外,日本还公布了“科学家描绘的未来社会”报告书,设想2025年日本社会应有的形态,把“健康与安全地生活”、“高度发展的信息与通信系统”、“恢复自然、激活地方”、“解决地球环境与能源问题”、“水与食品问题”列为2025年社会远景。(陈超)

 2007年世界科技发展回顾:俄罗斯

    研制出拥有566个处理器,每秒钟可运算12万亿次,内存容量达1136千兆的超级计算机;微软公司俄罗斯创新中心落户西伯利亚。   

    2007年2月,俄罗斯国家杜马主席为一台名为“西伯利亚赛艇”的超级计算机揭幕。该超级计算机位于托木斯克国立大学,是独联体和东欧地区速度最强的计算机。“西伯利亚赛艇”超级计算机可以应用在石油和天然气勘探领域,以及用于预测天气和气候、全球大气层变化。还可用于预测财务和经济指数,进行工程计算以及优化交通流。

    俄罗斯联邦信息技术与通讯部2007年6月表示,目前俄罗斯拥有2700万互联网用户,预计2008年将增长到4000万。同时,该部部长列昂尼德?雷曼对俄罗斯软件服务业的未来发展也持乐观态度,认为俄罗斯软件服务业出口额到2010年将从目前的18亿美元增长到100亿美元。

    2007年10月底,美国微软公司在俄罗斯托木斯克市综合技术大学设立的创新中心正式启动。该中心将从事研发软体技术和解决编程难题,其中包括具体技术的研究和开发。同时,该中心将把大学生的科学研发潜力和企业的机遇结合起来,为IT专家和IT使用者开设教学计划,使之成为独特的产业人员培育中心。 (张浩)

    2007年至2011年国家技术基础联邦专项计划构想”开始实施,把氢能开发、制造国产运输工具等确定为重点发展项目。政府逐步加大了对科学研究的财政支持,对基础研究的支持力度也空前加强。

    随着俄罗斯经济的强势崛起,2007年,俄罗斯各领域都呈现蓬勃振兴之势,政府对科技的重视程度明显提高。国家对科技发展的全年财政拨款达2000亿卢布(1美元约合24.3卢布),比2000年增加了4倍。到2010年,这个数字有望翻一番,达到4000亿卢布,如果加上商业投资,将达到6000亿卢布。

    2007年是俄罗斯政府批准的“2007年至2011年国家技术基础联邦专项计划构想”实施的第一年。该专项计划旨在为国家社会经济发展、确保国家安全和商业需求所必需的大型综合项目的实施提供技术保障,包括开发氢能、通过国际合作制造有前景的国产运输工具、保护国家不受生物恐怖主义和毒素损害、研制能在极端自然条件下使用的新一代轮船等。此外,还将在联邦专项计划的框架内,在国产电子元件的基础上生产各种有前景的电子技术系统。

    2007年至2011年,“国家技术基地的联邦专项计划”的实施费用大约为1000亿卢布。联邦预算为此将拨款490亿卢布,这些资金中的大部分约360亿卢布将被用于开展科研和实验设计工作。

    在基础科学领域,国家支持力度也是前所未有的。俄罗斯总统普京称,俄罗斯将于2008年至2012年实施首个基础科学研究五年计划,政府计划在2008年投入480亿卢布用于支持基础研究。

    在具体技术领域,政府的支持力度也明显增强。2007年初,俄罗斯确立了发展毫微工业战略。2007年4月26日,普京在向联邦会议发表国情咨文时提出,要尽快建立俄罗斯毫微技术集团公司,并至少拨款1300亿卢布发展毫微技术,国家应当投入必要的资金为毫微技术的研究提供技术、人才和组织保障。在备受瞩目的俄罗斯版全球定位导航系统“格洛纳斯”的应用方面,俄罗斯也迈出了关键一步。2007年5月21日,普京签署了关于俄罗斯全球导航卫星系统免费为特定用户服务的命令,并要求主管部门在2011年12月31日前,通过2012年至2020年发展和使用全球导航卫星系统联邦专项计划。

    俄联邦教育与科学部部长安德烈·富尔先科在2007年8月透露,俄罗斯“科研和科教人才”联邦专项计划预计将于2009年启动。该专项计划将支持以年轻教授或副教授为代表,包括大学生在内的团体。这一为期5年的专项计划将帮助大学生和年轻学者进行科学研究,组织他们参观著名科研中心以提高专业技能,以及扩展大学生从事科研活动的范围。该专项计划的拨款总额达698.41亿卢布,其中包括617.4亿卢布的联邦预算资金。 (张浩)

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