作者王衍行系中国人民大学重阳金融研究院高级研究员，本文载于12月30日财富中文网。

蓝图中的原子级制造：缺少场景的未来愿景

12月26日至27日，全国工业和信息化工作会议在京召开，会议提出：“要制定出台生物制造、量子产业、具身智能、原子级制造等领域创新发展政策。”

原子级制造，作为未来制造的“终极形态”，被工信部列为六大未来重点领域之一。其本质是对物质世界基本单元——原子的精准操控，通过原子层面的去除、沉积、移动及组合，制造出具有特定原子结构的产品。通俗而言，这不仅是制造尺度的缩小，更是从传统工业时代“创造物质形态”到量子时代“解码物质本质”的跃迁。

原子级制造是通过对原子的规模化精准操控，将制造的可控量推进到原子及原子基元的水平，逐步实现原子级精度制造、原子级结构制造，最终实现逐一原子的按需创制，是赋能产品获得逼近理论极限性能的变革性制造技术。

原子是物质世界中最基本的构成单元。原子制造通过精确操纵原子及功能基元来从最底层创造全新的物质、材料和器件，并构建具有革命性能的装备和系统。 原子制造既是先进制造技术的极致化，也是量子理论的试验场，还是物质科学的未来技术，甚至未来态。

相比微米和纳米制造，原子级制造的核心在于对原子行为的精确预测和控制，使得功能器件和材料在原子层面呈现前所未有的物理性能。其潜在应用涵盖从单原子芯片到核靶球的多领域颠覆性创新，尤其在半导体、航空航天、量子计算等领域，能实现“尺寸压缩千倍，性能提升百倍”的目标。

美国国防部高级研究计划局和能源部自2015 年起就率先部署了相关的研究计划，并在2022年 发布的《美国先进制造国家战略》中进一步强化了原子制造在微电子制造领域的应用。我国科技 部门也已经清醒地认识到原子制造技术的重要性，意识到掌握这项技术将有助于扭转我国在集成电路、量子科技、新材料创制、精密元器件等领域的被动局面。

一些权威人士认为：国内外原子级制造尚处于“萌芽”和产业化初期阶段，从科学原理、关键技术，到原子级制造所需的科学仪器、加工装备，都存在大量瓶颈问题亟待解决，全面实现原子级制造还需长期努力。

实话实说的是，“科研是明天”，因此，以上概念的描述及界定，也许，意义不是很大，由于，现实中还没有应用场景，引致任何语言的概括都是海市蜃楼式的，抑或是刻舟求剑式的。殷鉴不远，过去，中国的个别所谓的专家大谈区块链，但在其专业领域的应用场景上却毫无建树，最后只能不了了之。希望在原子制造问题上不会重蹈覆辙。

想象中的原子级制造

原子级制造的重要性不仅在于技术革新，更是对国家科技战略的全新赋能。

•产业升级的核心驱动力：通过单原子精准操作，传统产业的瓶颈将被突破。例如，在高端精密制造领域，可直接制造纳米尺寸以下的核心器件；在材料领域，可通过改变原子排列实现新材料合成，赋予材料超导、超硬等特殊性能。

•未来科技竞争的制高点：原子级制造是当前工业强国“新赛道”竞速的前沿。美国、日本等国早已投入大量资源，试图在相关技术上确立领先地位。掌握这一技术的国家，将在未来全球科技竞争中占据决定性优势。

•国家安全的技术基石：在芯片、核能等领域，原子级制造可以提供高敏感器件、先进武器系统所需的核心技术，从而全面提升国家战略安全能力。

国际与中国的技术现状：为何仍在“纸上谈兵”阶段？

当前，全球范围内的原子级制造研究仍以实验室探索为主，距离真正的大规模产业化还有很远的路要走。具体原因包括：

•科学仪器和核心装备受限：制造过程中需要的高精度科学仪器，如原子层抛光设备、原子层刻蚀机，依赖于极高的技术能力和投入。这些设备大多被美国、日本等发达国家垄断，中国企业在设备研发上尚处初级阶段。

•理论与实践之间的鸿沟：尽管量子力学为原子行为提供了理论依据，但如何将理论化为可操作的技术仍是未解之谜。例如，对单个原子的精准控制和重复加工，即便在实验室中实现，也极难扩展到产业化规模。

•多学科协同不足：原子级制造涉及量子物理、化学、机械工程等多个学科的交叉协作，但目前学科间的壁垒仍较高。尤其是中国国内的学术界和产业界在技术转化方面存在脱节现象。

中国的战略投入：优势与挑战并存

近年来，中国在原子级制造领域投入了大量资源并取得了一些标志性成果，例如南京大学设立国内首个原子制造研究中心，北京航空航天大学成立相关研究机构。与此同时，中国电子科技集团等企业也参与到关键技术的攻关中。

中国的优势

1.完整的产业链生态：作为全球制造业中心，中国拥有从基础材料到成品制造的完整产业链。这为原子级制造技术的研发和推广提供了支持。

2.巨大的市场潜力：中国庞大的应用市场，包括半导体、航空航天等领域，为原子级制造成果的转化和商业化提供了可能性。

面对的挑战

1.设备依赖国外：尽管已有突破，但关键设备和材料仍依赖进口，核心技术自主化任重道远。

2.技术研发投入大：原子级制造的研发周期长、投入高，短期内难以看到经济回报，这对企业的资金实力和政府的政策支持都是考验。

3.核心技术的“卡脖子”风险：在原子层沉积、刻蚀等领域，国际巨头如ASML等已占据绝对主导地位，中国在相关技术上仍处追赶阶段。

为何还难以预测原子级制造的产业化前景？

尽管前景诱人，但当前技术局限和经济成本使得原子级制造距离大规模产业化仍遥遥无期。也就是说，尚无时间表、路线图。

1.技术不确定性：原子级制造是建立在量子物理基础上的新兴技术，很多科学问题至今未能解决。例如如何同时实现原子级加工的效率和规模化。

2.经济可行性待验证：即使核心技术突破，相关设备和工艺的高昂成本可能限制其在市场上的广泛应用。

3.竞争态势不明朗：国际竞争对手已经在相关领域投入巨资，中国要在短期内实现超越，既需要政策引导，也需要举国体制的协调。

4.中国专家眼中的原子级制造困难：中国科学院院士、中国科学院原副院长高鸿钧认为：“原子级制造产业在科学仪器、装备、材料、元器件等方面还存在诸多难题，下一步需要联盟共同努力、联合攻关。”中国工程院院士、哈尔滨工业大学教授谭久彬表示：“具体来讲，无论原子级制造的科学原理，还是关键技术，无论是原子级制造原理探索所需的科学仪器，还是原子级制造过程所需的加工装备，都极大地挑战了我们现在的认知和能力范畴，存在大量的瓶颈问题亟待解决。目前，实现原子级制造还面临多重挑战，国内外仍处于萌芽阶段，大量瓶颈问题亟待解决。”中国科学院院士、厦门大学教授谢素原举例说，早在上世纪80年代就有人提出操控原子，但“原子没那么听话”，技术层面很有难度，至今没有根本性突破，中国在这方面没有绝对优势，因此尤其需要加强对基础理论的研究。南京大学原子制造研究院院长、南京大学教授宋凤麒认为：“原子级制造面对的挑战中，最关键的还是基础设施与装备部分。目前大部分核心设备仍掌握在发达国家手中，国内研究设备依赖进口。”需要指出的是，这位没有院士头衔的宋凤麒，可能是距离中国原子级制造研究最近的人之一。  

从“纸上谈兵”到迎接未来

原子级制造也许是一场关乎未来制造业和国家战略竞争力的科技孵化及风险投资。虽然当前技术和经济的不确定性使其产业化前景难以预测，但其作为基础性技术的潜力已经显现。中国能否在这场技术竞赛中赢得先机，取决于能否跨越现有的技术障碍，实现理论与实践的统一。

从传统的刀具制造到微纳尺度的加工，再到今天对原子的精准操控，人类制造技术的每一次跨越都为工业革命注入了新的活力。而原子级制造，或将成为未来百年科技变革的核心驱动力。对于中国而言，这不仅是一次技术竞争，更是一场涉及产业布局、国家安全和全球话语权的战略性较量。

(欢迎关注人大重阳新浪微博：@人大重阳 ；微信公众号：rdcy2013)