2020未来科学大奖周-青年科学家创新秀 聚焦全球性科学挑战 释放青年创新力量

12月29日，作为2020未来科学大奖周系列活动中，聚焦青年科技创新思想的展示，青年科学家创新秀在云端圆满举行。

未来论坛青创联盟联席主席，中国科学院计算技术研究所研究员、先进计算机系统研究中心主任包云岗主持本场活动。未来论坛青创联盟成员、中国科学技术大学教授陆朝阳，未来论坛青创联盟成员、西湖大学生命科学学院研究员高晓飞，未来论坛青创联盟成员、北京大学微纳电子学系研究员、博士生导师黄芊芊，未来论坛青创联盟成员、北京大学环境科学与工程学院研究员刘思彤，未来论坛青创联盟成员、华中农业大学生命科学技术学院教授欧阳亦聃，未来论坛青创联盟成员、清华大学电子系副教授张沕琳，未来论坛青创联盟成员、西湖大学工学院研究员、西湖未来智造创始人周南嘉等杰出华人青年科学家，围绕“全球性科学挑战”与“科研成果转化”等课题进行学术报告与交流。

包云岗：7位杰出华人青年科学家 聚焦全球性科学挑战

包云岗在开场致辞中表示，本届演讲嘉宾均为来自“青创联盟”的青年科学家，致力于解决全球性科学挑战，推动产业科技创新应用，同时代表着科学界的华人青年创新力量。

据包云岗介绍，本场活动中，演讲嘉宾的学术报告分别涉及量子计算、脑机接口、半导体器件、干细胞技术、新材料、污水处理、水稻分子生物学等领域，他们将以2020未来科学大奖周-青年科学家创新秀活动为舞台，充分释放自己的前沿科研成果和科技创新思想。

陆朝阳：量子计算 从梦想照进现实

陆朝阳在报告中指出，量子计算利用量子相干叠加原理，从理论上具有超快并行计算和模拟能力，其计算能力随可操纵的粒子数呈指数增长，解决经典计算机无法解决的大规模计算难题。量子计算领域目前正处于泡沫期的上升期，为了避免过高的期望可能会带来的寒冬，相关科研应采取分步走、沿途下蛋的方法。

他表示：“第一步是实现量子优越性，这并不是一个一蹴而就的工作，而是更快的经典算法和不断提升的量子计算硬件之间的竞争，但最终量子并行性会产生经典计算机无法企及的算力。谷歌在2019年采用超导量子比特，我们在2020年采用光子比特，往这个方向迈进了一步。”

高晓飞：干细胞再生机制及其转化应用

高晓飞在报告中表示，当前实验室的研究课题围绕造血系统发育，即开发出利用人的造血干细胞在体外再生红细胞的技术，该技术生成的红细胞在血红蛋白含量、血氧能力、存在于体内的周期与人体自身红细胞特性相同，未来，期待该技术能够助力解决临床血液短缺问题。同时，高晓飞指出，体外再生红细胞技术还可应用到先天性纯红细胞再生障碍性贫血(Diamond Blackfan Anemia)的药物开发研究当中。目前，这种由基因突变造成的罕见疾病主要依靠激素治疗，副作用较大。据高晓飞介绍，研究团队已经找到从患者外周血中获得造血干细胞的方法，通过模拟人体造血过程，实现体外再生红细胞，进而用于不同药物的测试，让患者免于骨髓穿刺的痛苦。

另外一项研究是构建干细胞来源的工程化红细胞的细胞治疗平台。提取每个人的造血干细胞，通过改造，即把所需要的药物基因放入干细胞进行表达，之后定向分化为成熟红细胞。红细胞最后会脱去细胞核，而想表达的药物，比如抗体、蛋白等药物都可以留在红细胞的表面或者红细胞内部。这种功能性红细胞可以治疗非常多的疾病，比如癌症、罕见病、免疫代谢疾病、传染病等。在高晓飞看来，干细胞的研究将在不久的将来应用到细胞治疗、药物测试以及器官生成等前沿领域。

黄芊芊：后摩尔时代超低功耗新原理器件

黄芊芊在报告中指出，后摩尔时代，集成电路产业发展的驱动力不仅仅是提高性能和集成度，随着物联网等应用的进一步发展，更要求功耗的降低和多样性的拓展。从基础研究视角，需要深入开展基于新原理、新材料和面向新应用的器件研究与创新。

在超陡摆幅、超低功耗器件研究领域，目前我们处于国际领先水平并且具备产业转化的基础和潜力。另一方面，面向新型神经形态计算应用领域的新原理器件，目前仍属于原始创新阶段，我们已经取得了相关引领性成果。未来，降低功耗、提高性能功耗比将成为集成电路发展的新标尺，需要更加重视半导体器件基础研究并且持续投入。

刘思彤：微生物通讯语言识别及其功能

刘思彤在报告中指出，微生物有它们特定的语言，即基于信号分子的微生物语言交流。首先，微生物能够合成并释放特定的信号分子，再由受体蛋白感受到信号分子浓度的变化，当信号分子达到阈值浓度，语言就产生了一定的实际意义，随后微生物会呈现出特定表现形式的变化，相当于人类做出的一定反应，而随着信号分子被淬灭，通讯也被终止。

微生物信号分子主要调控微生物的三个方面，首先，它能调控微生物成膜及颗粒化的过程，形成许多新的微环境。第二，它们能够调控微生物“公用物质”(Public Goods)的合成。第三个，它能调控某些细菌特定基因的表达，比如信号分子能够调控细菌个体的基因表达，从而影响自身或其他细菌的生长及进化。而通过实验数据分析发现信号分子能够提高胞外聚合物(蛋白，多糖)、促进细胞膜生成、提高脱氮效率的关键利用途径。例如，可以通过上调氨基酸代谢途径，合成代谢通路，来提高EPS(胞外聚合物Extracellular polymeric substance)的生成，通过上调糖氨基的合成途径来提高多糖的合成。

欧阳亦聃：物种形成的探索之路——从水稻出发

欧阳亦聃回顾了S5位点的演化故事和水稻物种形成的过程。她指出，从个体产生微小的自然变异开始，到群体逐渐发生分化，S5位点从弓箭和盾牌共存，演变成了籼稻带着盾牌和箭，而粳稻则只有弓，从而导致生殖隔离的产生。自然选择在其中了扮演重要的角色。

她指出，在驯化的过程中，人工选择的力量起到了相反的作用，广亲和等位基因的产生使得物种形成的过程反向而行，这可能是作物驯化过程中一道独一无二的风景。

张沕琳：神经接口——联通大脑与机械的桥梁

张沕琳指出，互融式的信息交互(神经接口)是将一个可以和我们自身的神经系统直接连接，并且能够和外界进行无限自由信息交换的交互终端长期地植入到人体内，其中的技术变革主要利用集成电路的技术，提升整个系统的集成度，在将系统做小后，可以应用在医疗上(临床监控诊疗)等前沿领域中。同时，她也介绍了在实现设备接口高精度、高数据通量能力、设备低功耗、生活便利性以及材质友好性五大技术突破过程中的一系列科研工作。

周南嘉：基于增材制造的新材料、新技术与新应用

周南嘉在报告中介绍了自主研发的微米、亚微米级的3D打印技术和与其匹配的材料体系。他指出，目前实验室已经积累了数百种金属、聚合物、陶瓷、复合材料等3D打印材料，通过运用材料融化和粉末化的不同工艺来打印金、银、铜、合金(如铜镍合金)等各种金属材料，现已开发数种微米级精度三维成型方法，可实现复杂、完全自支撑三维结构;打印速度可达1cm/s，对重复结构打印可使用阵列打印头，可同时打印数百个结构。

在科研领域，周南嘉尝试了多材料集成打印方式和融合金属、介质的快速打印技术等工作，涉及先进三维封装、MiniLED/MicroLED、射频/微波、光电集成、柔性电子和个性化、小型电子产品等多方面的应用方向。周南嘉表示，希望在不远的将来，从手机、手表、助听器、再到可穿戴设备，甚至体内的医疗设备，万物都能够以打印的形式生产出来。

未来论坛青年科学家创新联盟 简称“青创联盟”，旨在为全球华人青年科学家提供学术探讨与思想交流的平台，成员均为世界顶尖学院及科研机构教授及研究员，涵盖生命科学、信息技术、物理、化学、数学、工程与材料、地球与生态环境等多个科学研究领域，累计百位青年科研领袖。