《中国工程科技2040发展战略·信息与电子领域报告》系统分析了领域工程科技发展趋势，面向我国建设世界科技强国、网络强国等国家重大战略需求，紧密结合经济社会发展愿景，基于对我国信息与电子领域工程科技体系发展能力的分析，提出面向2040年的中国信息与电子领域工程科技的发展思路、战略目标与总体架构，各个子领域的重点任务、重大工程与重大工程科技项目，以及工程科技需求牵引的基础研究方向建议。

目录
总序 i
前言 vii
**章 面向2040年信息与电子领域世界工程科技发展态势 1
**节 信息与电子领域世界工程科技发展状况及国际先进水平 1
第二节 面向2040年信息与电子领域工程科技发展趋势及影响 39
第二章 2040年中国信息与电子领域科技和社会发展愿景及需求 46
**节 2040年中国信息与电子领域经济社会发展预测及需求 46
第二节 2040年中国信息与电子领域经济社会及科技发展愿景 50
第三章 中国信息与电子领域工程科技技术预见及发展能力分析 55
**节 信息与电子领域工程科技2040技术预见 55
第二节 中国信息与电子领域工程科技体系发展能力分析 65
第四章 中国信息与电子领域工程科技发展的战略构想 81
**节 发展思路 81
第二节 战略目标 83
第三节 总体架构 90
第五章 中国信息与电子领域工程科技重点任务和发展路径 92
**节 重点任务 92
第二节 发展路线图 102
第六章 信息与电子领域重大工程建议 106
**节 数字测量体系筑基工程 106
第二节 面向光刻机等高端制造装备的超精密测量筑基工程 108
第三节 构建国产处理器生态的第三体系（C体系） 109
第四节 下一代通信网络、探测感知与无线传能基础建设 111
第五节 虚实共生的混合智能增强平台 117
第六节 无人系统跨域智能协同 119
第七章 信息与电子领域重大工程科技项目建议 121
**节 新型量值传递溯源技术 121
第二节 超构材料与超构表面器件技术 122
第三节 基于光子集成的传感、传输与计算一体化技术 123
第四节 超低功耗通信网络技术 124
第五节 自主智能技术及应用 125
第六节 虚拟生理人体构建与医学应用 126
第七节 面向Web3.0的先进计算与新兴软件 127
第八章 信息与电子领域工程科技需求牵引的基础研究方向建议 131
**节 共性基础领域 131
第二节 探测与感知技术领域 134
第三节 通信网络及其安全领域 138
第四节 计算、软件、智能与控制领域 141
第九章 信息与电子领域发展推进措施及政策建议 150
参考文献 155
关键词索引 159

**章　面向2040年信息与电子领域世界工程科技发展态势
　　**节　信息与电子领域世界工程科技发展状况及国际先进水平
　　一、本领域世界各国正在开展的重大科技计划及其预期成果
　　信息与电子领域作为当前研发投入*集中、创新*活跃、辐射带动作用*强的科技领域之一，其科技发展水平已然成为衡量一国综合竞争力的重要标志，也是世界各主要科技强国战略竞争的制高点。近年来，各国均将信息与电子领域作为重点发展、优先统筹的主要领域，围绕该领域发展密集出台多项重大国家战略计划，在不同的主干技术方向上加强布局、重点支持，以寻求并强化自身的优势地位。总体来看，各国科技计划从鼓励研发和创新、优化带动产业发展、加大财政支持力度、加强人才培养、强化国际合作与交流等方面，全面推动信息与电子领域科技创新能力持续提升。
　　（一）测量技术
　　测量技术广泛应用于科学研究和产业发展的各个领域，是典型的共性基础技术。科学研究前沿不断向宏观拓展、向微观深入、向极端挑战、向生命探源，对测量灵敏度和精度的要求不断提升，从而推动以量子测量与传感为代表的精密测量技术的快速发展。2018年12月，美国出台《国家量子计划法案》（National Quantum Initiative Act），计划在5年内拨款10亿美元支持美国量子技术研发。该法案第2章专门规定了美国国家标准与技术研究院（National Institute of Standards and Technology，NIST）应继续加强对计量量子化研发活动的支持，促进量子应用商业化发展所需的测量和标准基础设施建设。同时，该法案强调要进一步提高美国国家标准与技术研究院在量子领域的参与程度，利用其现有项目，通过与联邦其他部门和机构实体（包括企业、大学和联邦实验室等）合作、扩大合作企业或联合体等方式，培养量子信息学技术科学家，推进量子信息学与工程领域的发展。2023年11月29日，美国众议院科学、空间和技术委员会通过了《国家量子倡议重新授权法案》（National Quantum Initiative Reauthorization Act），将美国国家量子计划支持期限延长至2028财年，还将重点放在量子技术在现代场景中的应用上，这标志着美国对这一可能定义未来技术格局的科学领域的投入正在加强。2022年，美国国家科学技术委员会（National Science and Technology Council，NSTC）发布《将量子传感器付诸实践》（Bringing Quantum Sensors to Fruition），将美国量子信息科技领域的战略布局细分至量子测量领域。美国国家科学技术委员会认为开发和应用新型量子传感器是一个切实可行的近期目标，并将原子钟、原子干涉仪、光学原子磁力仪、利用量子光学效应的装置和原子电场传感器5类量子传感器的研发与产业化作为美国未来8年的量子测量战略目标。为此，美国国家科学技术委员会提出了三步走计划：一是量子测量技术研发机构［如美国国家标准与技术研究院、美国国家科学基金会（National Science Foundation，NSF）、能源部（Department of Energy，DOE）、国防部等］与量子传感器的潜在*终用户合作，共同开展量子传感器原型的基础研发、测试和利用，以加速应用落地；二是支持建立量子传感器供应链，如专用材料、制造设施、集成光子器件、激光器、电子器件、真空系统等，实现规模经济；三是为量子传感器及其关键核心技术、零部件制定标准，从而获取先发优势。2022年9月，英国国家物理实验室（National Physical Laboratory，NPL）发布《计量研究路线图》（Metrology Research Roadmaps），对未来10年需要实施就位的关键计量技术研发进行了规划布局。《计量研究路线图》形成的*高优先级研究领域12张路线图中，量子化发展规划占据了1/4，主要涉及3个部分：一是量子电学计量，目标是到2031年，研制出0.01 ppm①的10 nA量子电流标准和频率为千兆赫（GHz）、精度为1000ppm的量子交流电压；二是量子时钟、传感和通信，目标是到2031年，研制集成微光梳的便携式离子光钟、E-18级芯片的现场传感器等；三是量子计算，目标是到2031年，开展量子计算子系统测试和评估，确保量子计算子系统能够与软件和硬件标准集成，并满足性能要求。
　　从产业发展的角度来看，数字化、智能化正在成为传统产业转型升级、新兴和未来产业发展的重要特征，由此推动了测量技术向数字化转型。国际计量委员会（International Committee for Weights and Measures，CIPM）已将数字化转型确定为计量支撑环境、生命科学、食品安全、能源、先进制造等领域未来发展的重要路径。2022年3月，国际法制计量组织（Organisation Internationale de Métrologie Légale，OIML）、国际计量局（Bureau International des Poids et Mesures，BIPM）、国际测量技术联合会（International Measurement Confederation，IMEKO）、国际科学理事会（International Science Club，ISC）、国际科技数据委员会（Committee on Data for Science and Technology，CODATA）、国际电工委员会（International Electrotechnical Commission，IEC）、国际实验室认可合作组织（International Laboratory Accreditation Cooperation，ILAC）和国际标准化组织（International Organization for Standardization，ISO）签署《关于国际科学和质量基础设施数字化转型的联合意向声明》，成为计量数字化支撑质量基础设施的数字化转型的关键一步。美国国家标准与技术研究院近年实施了数字化转型计划（Digital NIST），旨在开发数字标准物质（digital reference material，dRM）和数字校准证书（digital calibration certificate，DCC），使之与美国国家标准与技术研究院现有的标准参考仪器（standard reference instruments，SRI）、标准参考数据（standard reference data，SRD）共同组成美国国家标准与技术研究院数字化计量体系。同时，该计划将开发一个基于云的系统，用于共享可互操作的计量数据、计算、法律计量文件和其他数字工具（Camara et al.，2023）。英国国家物理实验室在《计量研究路线图》中同样提出了英国面向2030年的计量数字化转型路线图，将原位和远程计量、数字化计量校准、数字国际单位制（international system of units，SI）等作为主要发展方向。
　　（二）使能技术
　　使能技术并非单一的某项技术，而是众多技术的有机集合。这类技术集合能显著提升国家的核心科技竞争力，由于其具有基础性与带动性，在国家层面受到了高度重视。一些世界主要科技大国专门制定了使能技术发展专项计划，在芯片技术、超构材料与超表面技术、微纳光子器件、微波光子器件等领域持续加大布局力度。
　　在芯片技术领域，世界各科技强国围绕先进制程工艺、人工智能（artificial intelligence，AI）芯片等前沿技术、芯片生态系统技术能力建设与创新等方面展开布局，旨在推动本国半导体技术发展，提高国内产业竞争力。2022年8月，美国出台的《芯片与科学法案》（CHIPS and Science Act）计划投入520亿美元支持美国国内的芯片研发与制造产业，围绕信息与电子领域多个重要方向进行战略布局，为*具战略代表性的半导体技术研发和生产提供巨额补贴与税收投资优惠（其中既包括支持成熟节点厂商扩大制造能力，同时也聚焦新一代先进芯片技术的发展及微电子学的研究），旨在以此加强美国在半导体技术研发方面的领先地位。2023年7月，欧洲议会以587∶10的压倒性票数优势通过了《关于建立旨在强化欧洲半导体生态的措施框架条例》，建立起制度化的合作伙伴关系，推动430亿欧元的投资以振兴欧洲半导体产业，其目标是在10年内将欧洲芯片产量全球占比提高至20%。韩国在2021年5月发布了“K半导体战略”（K-Semiconductor Strategy），旨在扩大扶持力度，实现本土企业自强。2022年2月，韩国通过修订税法进一步加大对芯片产业的扶持力度，根据新修订税法，韩国投资半导体领域国家战略技术研发的中小企业，*多可享受投资额50%的税额抵扣优惠，大企业*多可抵扣30%—40%；对机械装备、生产线等设备的投资中小企业*多可抵扣20%税金，中坚企业可抵扣12%税金，大企业可抵扣10%税金。面向芯片自主发展的国家重大战略需求，我国国家自然科学基金委员会于2019年启动“后摩尔时代新器件基础研究”重大研究计划，研究周期为8年。该计划以芯片的基础问题为核心，旨在发展后摩尔时代新器件和计算架构，突破芯片算力瓶颈。
　　超构材料与超表面是一种特种复合材料或结构，具有常规材料所不具备的超常物理性质，对国民经济和国防安全具有重要战略意义，《科学》杂志将其列入21世纪前十年的重要科学进展。美国政府于2018年发布了《国家纳米技术倡议》（National Nanotechnology Initiative），其中明确提出了对超构材料和超表面等前沿技术的重点支持。2021年，美国国防高级研究计划局（Defense Advanced Research Projects Agency，DARPA）又推出了“超构材料与超表面计划”（Metamaterials and Metasurfaces Program），旨在开发出具有革命性、创新性的新型超构材料和超表面，并应用于军事和民用领域。目前，美国已成为全球*大的超构材料与超表面市场。此外，欧洲多个国家和研究机构也相继推出了自己的超构材料和超表面研究计划，如德国的“未来超构材料计划”（Future Metamaterials Program）和英国的“超表面技术发展战略”（Metasurfaces Technology Development Strategy）等。我国超构材料与超表面技术研发起步较晚，但从国家和地方政府等层面，对超构材料和超表面的研究都给予了高度重视。在我国2017年发布的《新一代人工智能发展规划》中，超构材料和超表面被列为重点发展的前沿技术之一。
　　微纳光子器件是指在微米或纳米尺度上设计和制造的光学和光子学组件，主要是利用光的波动性质在微小结构中进行精确操控，以实现特定的光学功能。为推动这一领域的发展，美国于2013年发布了《国家光子倡议》（National Photonics Initiative），旨在加强光子学研究，促进微纳光子器件的创新和应用。该倡议明确了发展目标、资金支持和合作机制，为美国在微纳光子器件领域的长期发展提供了指导。欧洲在微纳光子器件领域也具有很强的研发实力，2018年，欧盟委员会发布“地平线欧洲”（Horizon Europe）计划提案，确定了新的关键使能技术，其中明确将微/纳米电子学和光子学作为关键使能技术之一。法国在2018年发表了光学产业白皮书《法国光电发展计划》（Photonics France），并在**要务中指出微纳光子技术将应用于机器视觉、激光、光机械、光量子和光子集成等领域。
　　作为后摩尔时代的重要科技产品，微波光子器件利用光子技术处理微波信号，融合了光学与微波工程的优势，具有高速、高频、高宽带、抗电磁干扰等突出特点，正逐渐成为现代