这是一本兼具学术专业性和大众可读性的科普读物，希望通过来自教学科研第一线的声音，分享当下一系列有关社会、科学和产业交叉融合的前沿进展，向更多渴望了解科学、关心科学的大众读者，以及有志于从事科技工作的年轻人提供一些参考，以期引起他们对科技创新的更多关注与思考。

USTC科技战略前沿研究中心，中国科学技术大学科技战略前沿研究中心是一个专注于科技与产业创新的高校科技智库，始终聚焦科技战略前沿问题，持续发挥科技前沿态势研判、科技评议与决策咨询、科技传媒推广、科技人才培养、科技产业创新辅导等智库功能。

序一
序二
序三
前言 涌现时刻——做一个社会、科学和产业的交叉点
一 材料科学
量子物质中的演生现象和应用
数据驱动的材料开发新范式
AI与科学范式的转型——以材料科学为例
二 数据科学
钓鱼城——基于图计算理论的数据分析系统
云端制造和工业仿真
构建有质量、隐私保障的数据共享交易平台
从ChatGPT到通用的强人工智能
三 量子科技
简话量子科学
量子信息为何能获诺贝尔奖
四 大科学装置
同步辐射光源是“科技之眼”
以同步辐射光源为核心，打造新型科创与产业融合平台
大科学装置——从科学发现到产业应用
五 未来已来
科学家研究世界的本来面目，工程师创造不曾有的世界
生物与信息交叉融合技术
新能源汽车动力电池的发展及展望
生成式人工智能——人类文明的又一次破茧而出
看见未来——元宇宙技术与产业
后记

过去数百年，还原论
作为一种主张将复杂系统
或现象通过分割成一个个
独立单元，尝试通过简化
和解构的方式理解万物的
方法，帮助人类理解世界
、划定学科、构建知识系
统。这套机制在数百年的
时间里运转正常。但是进
入20世纪后半期，面对愈
发复杂的系统构成、愈发
交叉的知识网络，新的认
知模型亟待建立，新的底
层思维会促成不同学科的
融合，在交叉碰撞中孕育
科技创新的机会。
以气候变化问题为例
，其涉及地球科学、大气
科学、海洋学、生物学、
化学、物理学等多个学科
。单一的还原论方法无法
解决这一问题，因为气候
系统是一个高度复杂、高
度交互的系统，需要多学
科的合作才能理解和应对
。在此问题上，地球系统
科学出现，试图通过整合
不同学科的知识和方法，
来理解地球系统的整体性
质。这种方法不仅需要理
解地球系统的各个组成部
分，还需要理解这些部分
如何相互作用，以及这些
相互作用如何影响整个系
统的行为，这便需要跨学
科的合作，以及新的研究
方法和工具。
再以神经科学为例，
这也是一个涉及多个学科
的领域，包括生物学、心
理学、医学、物理学、计
算科学等。为了理解大脑
如何处理信息，需要理解
生物学中的神经元如何通
过物理学中的电信号进行
通信，以及这些信号如何
被计算科学进行编码和解
码，需要在心理学层面理
解这些过程如何影响思想
、情绪和行为。在此过程
中，需要神经科学家理解
生物学、心理学、物理学
、计算科学等多学科知识
，还需要建立新的教育和
研究机构，例如神经科学
研究中心，以促进跨学科
的研究和教育。这些机构
可以提供一个平台，让来
自不同学科的研究者共同
工作，共同解决问题。
这些例子都在描述一
种变化，即随着科学的发
展，越来越多的问题需要
跨学科的合作来解决，需
要打破传统的学科界限，
鼓励学科间的交流和合作
。虽然学科分类如同人体
的毛细血管般分布广泛，
但其仍需联结成网才能成
为血液与组织细胞进行物
质交换的场所，学科交叉
需要培养更多具有跨学科
思维的科研人员，既需要
他们能够专注于一个具体
而细微的领域持续长久地
深入下去，还需他们理解
其他学科的基本概念和方
法。
过去，人们往往认为
科学是一种单一的、线性
的过程，即通过积累知识
，就能解决问题。然而，
科学是一种复杂的、非线
性的过程，需要多学科的
合作，以应对越来越复杂
的问题。如今，科学技术
的发展已经到了跨界融合
的阶段，特别是信息技术
、大数据技术和人工智能
技术的蓬勃发展，提供了
更强大的工具和方法，使
得多学科交叉突破更有可
能，在横向融合创新中不
断产出更多颠覆性的成果
。
作为一名教学科研人
员，我认为中国科学技术
大学科技战略前沿研究中
心推出的《科技之声：来
自创新的前哨》是一本关
注科技与产业的科普读物
，它集结了来自科研与产
业第一线、来自不同学科
领域的中青年专家学者的
观点。这些观点都是经过
严谨思索与深入推敲的，
涉及诸多领域的前沿科技
，例如量子科技、同步辐
射光源、工业仿真、动力
电池、AI大模型等等。这
些杰出的科技与产业专家
以通俗易懂、辞简理博的
方式讲解最新发现，以此
启迪年轻的一代，拓展想
象力的边界，寻找那些不
可预知的答案，思考意想
不到的问题。用小说家伊
恩·麦克尤恩形容Edge（
现实俱乐部）的话作比，
“博识有趣，它是好奇之
中不加修饰的乐趣，是这
个生动或单调的世界的集
体表达，它是一场持续的
、令人兴奋的讨论”。
只有科学知识得以普
及，推动科学发展的精神
力量方能历久弥新。希望
更多的人能够参与到创新
技术和创造未来的过程中
去，通过对最新突破性技
术的理解探究，找寻科技
创新的机会和灵感，为新
时代创新驱动发展做出积
极贡献。
此为序，期共勉！
国家杰出青年科学基
金获得者
清华大学教授、软件
学院院长
2023年8月