原子級制造也許是一場關乎未來制造業和國家戰略競爭力的科技孵化及風險投資。
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藍圖中的原子級制造：缺少場景的未來愿景
12月26日至27日，全國工業和信息化工作會議在京召開，會議提出：“要制定出臺生物制造、量子產業、具身智能、原子級制造等領域創新發展政策。”
原子級制造，作為未來制造的“終極形態”，被工信部列為六大未來重點領域之一。其本質是對物質世界基本單元——原子的精準操控，通過原子層面的去除、沉積、移動及組合，制造出具有特定原子結構的產品。通俗而言，這不僅是制造尺度的縮小，更是從傳統工業時代“創造物質形態”到量子時代“解碼物質本質”的躍遷。
原子級制造是通過對原子的規模化精準操控，將制造的可控量推進到原子及原子基元的水平，逐步實現原子級精度制造、原子級結構制造，最終實現逐一原子的按需創制，是賦能產品獲得逼近理論極限性能的變革性制造技術。
原子是物質世界中最基本的構成單元。原子制造通過精確操縱原子及功能基元來從最底層創造全新的物質、材料和器件，并構建具有革命性能的裝備和系統。 原子制造既是先進制造技術的極致化，也是量子理論的試驗場，還是物質科學的未來技術，甚至未來態。
相比微米和納米制造，原子級制造的核心在于對原子行為的精確預測和控制，使得功能器件和材料在原子層面呈現前所未有的物理性能。其潛在應用涵蓋從單原子芯片到核靶球的多領域顛覆性創新，尤其在半導體、航空航天、量子計算等領域，能實現“尺寸壓縮千倍，性能提升百倍”的目標。
美國國防部高級研究計劃局和能源部自2015 年起就率先部署了相關的研究計劃，并在2022年 發布的《美國先進制造國家戰略》中進一步強化了原子制造在微電子制造領域的應用。我國科技 部門也已經清醒地認識到原子制造技術的重要性，意識到掌握這項技術將有助于扭轉我國在集成電路、量子科技、新材料創制、精密元器件等領域的被動局面。
一些權威人士認為：國內外原子級制造尚處于“萌芽”和產業化初期階段，從科學原理、關鍵技術，到原子級制造所需的科學儀器、加工裝備，都存在大量瓶頸問題亟待解決，全面實現原子級制造還需長期努力。
實話實說的是，“科研是明天”，因此，以上概念的描述及界定，也許，意義不是很大，由于，現實中還沒有應用場景，引致任何語言的概括都是海市蜃樓式的，抑或是刻舟求劍式的。殷鑒不遠，過去，中國的個別所謂的專家大談區塊鏈，但在其專業領域的應用場景上卻毫無建樹，最后只能不了了之。希望在原子制造問題上不會重蹈覆轍。
想象中的原子級制造
原子級制造的重要性不僅在于技術革新，更是對國家科技戰略的全新賦能。
?產業升級的核心驅動力：通過單原子精準操作，傳統產業的瓶頸將被突破。例如，在高端精密制造領域，可直接制造納米尺寸以下的核心器件；在材料領域，可通過改變原子排列實現新材料合成，賦予材料超導、超硬等特殊性能。
?未來科技競爭的制高點：原子級制造是當前工業強國“新賽道”競速的前沿。美國、日本等國早已投入大量資源，試圖在相關技術上確立領先地位。掌握這一技術的國家，將在未來全球科技競爭中占據決定性優勢。
?國家安全的技術基石：在芯片、核能等領域，原子級制造可以提供高敏感器件、先進武器系統所需的核心技術，從而全面提升國家戰略安全能力。
國際與中國的技術現狀：為何仍在“紙上談兵”階段？
當前，全球范圍內的原子級制造研究仍以實驗室探索為主，距離真正的大規模產業化還有很遠的路要走。具體原因包括：
?科學儀器和核心裝備受限：制造過程中需要的高精度科學儀器，如原子層拋光設備、原子層刻蝕機，依賴于極高的技術能力和投入。這些設備大多被美國、日本等發達國家壟斷，中國企業在設備研發上尚處初級階段。
?理論與實踐之間的鴻溝：盡管量子力學為原子行為提供了理論依據，但如何將理論化為可操作的技術仍是未解之謎。例如，對單個原子的精準控制和重復加工，即便在實驗室中實現，也極難擴展到產業化規模。
?多學科協同不足：原子級制造涉及量子物理、化學、機械工程等多個學科的交叉協作，但目前學科間的壁壘仍較高。尤其是中國國內的學術界和產業界在技術轉化方面存在脫節現象。
中國的戰略投入：優勢與挑戰并存
近年來，中國在原子級制造領域投入了大量資源并取得了一些標志性成果，例如南京大學設立國內首個原子制造研究中心，北京航空航天大學成立相關研究機構。與此同時，中國電子科技集團等企業也參與到關鍵技術的攻關中。
中國的優勢
1.完整的產業鏈生態：作為全球制造業中心，中國擁有從基礎材料到成品制造的完整產業鏈。這為原子級制造技術的研發和推廣提供了支持。
2.巨大的市場潛力：中國龐大的應用市場，包括半導體、航空航天等領域，為原子級制造成果的轉化和商業化提供了可能性。
面對的挑戰
1.設備依賴國外：盡管已有突破，但關鍵設備和材料仍依賴進口，核心技術自主化任重道遠。
2.技術研發投入大：原子級制造的研發周期長、投入高，短期內難以看到經濟回報，這對企業的資金實力和政府的政策支持都是考驗。
3.核心技術的“卡脖子”風險：在原子層沉積、刻蝕等領域，國際巨頭如ASML等已占據絕對主導地位，中國在相關技術上仍處追趕階段。
為何還難以預測原子級制造的產業化前景？
盡管前景誘人，但當前技術局限和經濟成本使得原子級制造距離大規模產業化仍遙遙無期。也就是說，尚無時間表、路線圖。
1.技術不確定性：原子級制造是建立在量子物理基礎上的新興技術，很多科學問題至今未能解決。例如如何同時實現原子級加工的效率和規模化。
2.經濟可行性待驗證：即使核心技術突破，相關設備和工藝的高昂成本可能限制其在市場上的廣泛應用。
3.競爭態勢不明朗：國際競爭對手已經在相關領域投入巨資，中國要在短期內實現超越，既需要政策引導，也需要舉國體制的協調。
4.中國專家眼中的原子級制造困難：中國科學院院士、中國科學院原副院長高鴻鈞認為：“原子級制造產業在科學儀器、裝備、材料、元器件等方面還存在諸多難題，下一步需要聯盟共同努力、聯合攻關。”中國工程院院士、哈爾濱工業大學教授譚久彬表示：“具體來講，無論原子級制造的科學原理，還是關鍵技術，無論是原子級制造原理探索所需的科學儀器，還是原子級制造過程所需的加工裝備，都極大地挑戰了我們現在的認知和能力范疇，存在大量的瓶頸問題亟待解決。目前，實現原子級制造還面臨多重挑戰，國內外仍處于萌芽階段，大量瓶頸問題亟待解決。”中國科學院院士、廈門大學教授謝素原舉例說，早在上世紀80年代就有人提出操控原子，但“原子沒那么聽話”，技術層面很有難度，至今沒有根本性突破，中國在這方面沒有絕對優勢，因此尤其需要加強對基礎理論的研究。南京大學原子制造研究院院長、南京大學教授宋鳳麒認為：“原子級制造面對的挑戰中，最關鍵的還是基礎設施與裝備部分。目前大部分核心設備仍掌握在發達國家手中，國內研究設備依賴進口。”需要指出的是，這位沒有院士頭銜的宋鳳麒，可能是距離中國原子級制造研究最近的人之一。??
從“紙上談兵”到迎接未來
原子級制造也許是一場關乎未來制造業和國家戰略競爭力的科技孵化及風險投資。雖然當前技術和經濟的不確定性使其產業化前景難以預測，但其作為基礎性技術的潛力已經顯現。中國能否在這場技術競賽中贏得先機，取決于能否跨越現有的技術障礙，實現理論與實踐的統一。
從傳統的刀具制造到微納尺度的加工，再到今天對原子的精準操控，人類制造技術的每一次跨越都為工業革命注入了新的活力。而原子級制造，或將成為未來百年科技變革的核心驅動力。對于中國而言，這不僅是一次技術競爭，更是一場涉及產業布局、國家安全和全球話語權的戰略性較量。（財富中文網）
作者王衍行為財富中文網專欄作家，中國人民大學重陽金融研究院高級研究員、中國銀行業協會前副秘書長、財政部內部控制標準委員會咨詢專家
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編輯：魏雨彤
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