清华青年最关注的改变未来十大变革科技！

细胞里一切生命活动离不开蛋白质，而由氨基酸组成的肽链折叠形成的复杂3D结构决定着蛋白质的生物功能。几十年来，通过实验获得蛋白质样品并进行结构解析一直是破译蛋白质结构与功能的主要手段，但因研究时间长、价格高昂等因素，蛋白质结构解析成为人们深入了解生命的限速步骤。近年来，Al技术已逐步实现快速且较准确地预测蛋白质的三维结构，并用于辅助验证和理解实验数据，甚至有望在未来取代实验结构解析。随着Al预测蛋白质结构技术的不断迭代升级，将极大增进人们对生命活动分子本质的理解，并可基于此设计新功能蛋白，以及让药物研发速度加快。

从洋葱表皮细胞的观察，到线粒体、叶绿体的探究，高成像分辨率和高成像质量的显微镜让我们对微观世界有了更多认识。随着生命科学问题的深入研究与对检测手段需求的提高，超分辨率光学显微成像逐渐兴起。它具备具有非侵入、低损伤、高分辨率等优点，可以实现对样本形态和动态的纳米级分辦率，二维、三维非破坏性成像，获得了更高的成像质量。“致广大而尽精微”，超分辨率光学显微成像将带我们走进一个更广阔的微观世界。

光电子芯片作为当今信息化社会和未来智能化社会不可或缺的器件核心，其应用已经从传统的光通信向数据中心、卫星通信、激光雷达、环境感知、生物医学等众多领域扩展。基于新结构、新材料、新机理的下一代光电子芯片突破现有理论和技术，在信息感知的时间、空间、频谱等维度上拓展范围、提升精度，为蓬勃发展的智能产业提供了信息感知的新范式。新型光电子芯片目前在国际上也还处于尚未形成产品的研发阶段，这为我们提供了难得的机遇。积极推动新型光电子芯片的研发，在相关理论、方法、工艺等方面取得变革性、颠覆性突破，对引领光电子芯片前沿和技术创新方向，取得先发优势，在下一轮芯片的国际竞争中助力我国走出“无芯” 困境具有重要意义。

基于深度学习的人工智能方法在许多场景取得了重要突破，但仍然存在模型可解释性差、理论基础薄弱等问题，人们开始追问人工智能为什么在某些场景下作出错误决策。可解释人工智能通过规则与学习结合的方式，是具有高精度、可解释且不依赖大量标注数据的人工智能新方法。可解释人工智能有助于打破深度学习“黑箱算法”的现状，促进人们对于人工智能的信任、高效使用，降低使用人工智能所面临的合规性、法律、安全和声誉风险，真正实现人工智能辅助决策。

目前化石能源面临枯竭的窘境，而清洁能源包括水能、光伏、风能发电又受到地域条件、天气变化、昼夜更替等限制，使得其短时间内不能完全填补化石能源减少后的缺口。核聚变可在远高于1亿摄氏度的温度下，利用核子融合在一起释放出大量的能量。核聚变所用的主要原料之一是氢的同位素氘，氘可以从水中提取，地球上仅在海水中就含有45万亿吨氘。因此海洋将成为人类能源的原料来源、储量非常巨大，此外核聚变也不会产生放射性废物。如果能够以可控和持续的方式实现核聚变反应，那么它就可以利用几乎无限的燃料来源，提供廉价、持续、无碳的电力来源，人类能源问题将有望得到根本解决。

自古以来人类都对探索太空有着无限向往，随着航天技术的发展，载人航天从梦想变为现实。传统的运载器发射模式因高昂的成本难以实现普通人的太空梦，可重复使用航天运载器作为降低航天发射成本的重要途径可有效将载荷送入预定轨道并再次返回地面，具有低成本快速进出空间和小时级全球点对点快速抵达等能力，使太空探索更便捷、更廉价。一旦可重复使用航天运载器成功实现商用，一场说走就走的“太空旅行”或许不再遥远。

对于特定的计算任务，即便是在世界上最强大的超级计算机上运行任何已知的算法，都不可能在可接受的时间范围内完成任务。通过引入量子力学的全新计算模式，以量子比特作为信息编码和存储的基本单元，量子计算具备极大超越经典计算机运算能力的潜力。量子计算为人工智能、密码分析、气象预报、资源勘探、药物设计等所需的大规模计算难题提供了解决方案，并可揭示量子相变、高温超导、量子霍尔效应等复杂物理机制， 其将成为新一代的颠覆性信息技术。

持续加重的老龄化和高发的脑疾病等问题，会给人们在环境感知、情感表达等方面带来诸多困难。脑机接口在有机生命神经系统与电子计算设备之间创建信息交换的连接通路，实现大脑损伤环路的重建，如应用于重症瘫痪患者实现重新行走，改善患者生活质量；更进一步甚至可以实现大脑增强，如科幻小说中描述的记忆增强、意识上传等。随着脑科学、信息科学、材料科学的综合进步，脑机接口有望取代由于损伤或疾病而丧失的表达输出，从而彻底改变人类的心灵世界、思维模式和行为方式。

随着城市化的发展，城市交通作为城市脉搏正面临巨大压力，依靠人类自主判断的驾驶模式已经难以负荷日渐复杂的交通路况和逐步增多的体量需求。自动驾驶汽车技术因能避免交通堵塞、减少交通事故、降低犯罪率、提高交通效率与绿色低碳出行，逐渐走入公众视野。自动驾驶汽车技术借助人工智能、大数据、车联网等技术，能有效识别周遭环境、整合多模态信息、并自主产生下一步决策规划，对于提高交通利用率等诸多方面意义重大。目前，已有多座城市、多家公司开展自动驾驶研究与商业化运营试点，一旦自动驾驶汽车技术真正成熟并大规模投入市场运营，人类或将面临一个解放双手、没有拥堵的未来交通时代。