《麻省理工科技評論》2024年「十大突破性技術」正式發布

隨著 ChatGPT 等生成式人工智慧的廣泛普及，無處不在的人工智慧將引領我們進入智能化的新時代，人人都能擁有自己的智能助手；社交媒體的版圖也在發生變化，去中心化的平台正在挑戰 X（原推特）的地位，數百萬用戶逃離「小藍鳥」，渴望在新的社交空間找到自由表達的樂土；新的一年，蘋果 Vision Pro 有望正式開售，對許多科技巨頭來說，VR/AR 頭顯猶如「燙手山芋」。它能否真正地顛覆消費電子市場，引領新一輪的科技熱潮，我們拭目以待。

在健康領域，基因編輯技術走出了實驗室，CRISPR 技術首次成功應用於鐮狀細胞病的治療，標誌著基因療法新時代的到來；減肥藥物的研發和銷售雙雙取得了顯著進展，甚至需求旺盛、一藥難求，但我們也必須看到，它對健康的長期影響仍需要時間來觀察。

針對日益嚴峻的氣候問題，已經成熟的熱泵技術和正在走向成熟的超高效太陽能電池有望成為更好的解決方案，它們在家庭、建築、生產製造和能源領域的大規模普及，將幫助我們走向脫碳的未來；增強型地熱系統的進展將進一步釋放地球深處的能量，為低碳能源領域開闢新的疆域。

著眼未來，百億億次計算機的強大運算能力將不斷拓展科學模擬的邊界，讓我們能更深入地探索宇宙和生命的奧秘；芯粒技術的蓬勃發展或許能夠延長摩爾定律的壽命，讓晶片製造商在人工智慧、航空航天和汽車製造等快速發展的前沿領域獲得更大的發展空間。

這份榜單只是冰山一角，它無法涵蓋所有正在改變世界的科技進展。但它描繪了出一幅當下科技進步如何影響我們生活的畫卷，以及我們可以期待一個怎樣的未來。這些不僅是技術的飛躍，更是對人類潛能的深刻挖掘。

我們站在新時代的起點上，面對著充滿無限可能的時代。這些技術不僅將改變我們的生活方式，更將改變我們看待世界的方式。讓我們以開放的心態和前瞻性的眼光，一同探尋這十個引領科技未來的創新力量，揭示它們在各自領域的閃光點、重要性以及對人類社會的深遠影響。

每年，我們都會尋找有望對世界產生真正影響的有前途的技術，以下是我們認為目前最重要的科技進步。

無所不在的人工智慧

重大意義：像 ChatGPT 這樣的生成式人工智慧工具在短時間內大規模普及，徹底改變了整個行業的發展軌跡。

主要參與者：谷歌、Meta、微軟、OpenAI

成熟期：現在

2022 年 11 月，當 OpenAI 推出一款名為 ChatGPT 的免費網絡應用時，沒人能預料接下來會發生什麼。然而，這一次低調的新產品推出徹底改變了一切。

時間來到了 2023 年 1 月，ChatGPT 成為了有史以來增長最快的網絡應用，任何人都能通過瀏覽器訪問這一最強大的神經網絡。它讓我們眼前一亮，卻也引發了一些焦慮和不安。

而這只是一個開始。在 2 月份，微軟和谷歌分別披露了各自的競爭計劃，也就是將聊天機器人與搜索相結合，試圖重構我們與網際網路的日常互動。

但早期的表現並不亮眼。微軟的 Bing Chat 出現了問題，開始胡言亂語。谷歌的 Bard 被發現在宣傳資料中犯了事實錯誤。但不管錯誤有多麼奇怪，它們並沒有因此就被關進「小黑屋」。

此後，微軟和谷歌已經將業務拓展到了搜索之外，通過辦公軟體將基於聊天機器人的人工智慧助手交到了數十億人手中。該技術可以用來總結電子郵件和會議、起草報告和回復，甚至在幾秒鐘內生成帶有標題、要點和圖片的幻燈片。

微軟和 Meta 發布了圖像製作模型，用戶只需點擊一下即可生成可分享的各種圖像。一系列滑稽的「大雜燴」圖片源源不斷地出現，社交平台上甚至出現了數十個關於米老鼠和海綿寶寶駕駛飛機撞向雙子塔的帖子。

谷歌的新手機現在也用上了人工智慧，使用戶可以以前所未有的方式編輯照片，將悲傷的表情轉變為快樂，將陰天的下午轉變為完美的日落。

如此激進的新技術，以前所未有的速度和規模從產品原型演變為消費產品。顯而易見的是，我們甚至還沒有開始理解關於它的一切，更不用說考慮它的影響了。

如今，這項技術的光環褪去了嗎？或許吧。隨著每一次相關新產品的發布，原本令人驚訝的事情正變得司空見慣。但是，2023 年對未來的影響卻是顯而易見的：讓數十億人接觸到了人工智慧。現在我們需要弄清楚，我們所接觸到的究竟是什麼。

首例基因編輯治療

重大意義：隨著 CRISPR 技術進入市場，鐮狀細胞病是首個被 CRISPR 戰勝的疾病。

主要研究者：CRISPR Therapeutics、Editas Medicine、Precision BioSciences、福泰製藥（Vertex Pharmaceuticals）

成熟期：現在

首例基因編輯治療已經到來，心存感激的患者稱其「改變了生活」。

11 年前，科學家們首次開發出了一種名為 CRISPR 的強大的 DNA 剪切技術。現在，他們已將 CRISPR 帶出實驗室並運用到真正的醫學治療中，創造出了一種治療鐮狀細胞病症狀的療法。

鐮狀細胞病是由血紅蛋白基因的兩個拷貝發生突變（錯誤）引起的，症狀包括一陣陣劇烈疼痛，病人的預期壽命僅有 53 歲。在美國，每 4000 人中就有 1 人患病，其中幾乎都是非裔美國人。

那麼，這種疾病是如何成為 CRISPR 的首個成功案例的呢？部分原因是生物學上的偶然。我們的身體有另一種製造血紅蛋白的方式，但這種方式在我們出生時就會被關閉。研究人員發現，對骨髓細胞進行簡單的 DNA 編輯就可以使其重新啟動。

許多 CRISPR 療法正在試驗中，但 2022 年，總部位於美國波士頓的福泰製藥（Vertex Pharmaceuticals）第一次將一種 CRISPR 療法提交至監管機構批准，這種療法就是針對鐮狀細胞病的。在骨髓經過編輯後，幾乎所有自願參加試驗的患者都不再感到疼痛。

這是個好消息，但基因編輯療法的預計價格為 200 至 300 萬美元。而且，在鐮狀細胞病最為常見、仍然導致許多兒童死亡的非洲，福泰尚未計劃提供這種療法。

該公司表示，這是因為治療方案非常複雜。它涉及到住院、由醫生取出骨髓、編輯細胞、然後將它們移植回來的複雜過程。在連基本健康需求都難以滿足的國家，該手術的要求顯得過於苛刻。因此，接下來可能會出現更簡單、更便宜的實施 CRISPR 療法的方案。

熱泵

重大意義：熱泵是一項已經成熟的技術。現在，它們開始在家庭、建築以及製造業脫碳方面取得真正的進展。

主要參與者：Daikin、Mitsubishi、Viessmann

成熟期：現在

我們已經進入到熱泵時代。

熱泵是可以利用電力來冷卻和加熱空間的設備。如今，許多建築物仍然使用天然氣等化石燃料供暖。改用由可再生能源驅動的熱泵可以幫助家庭、辦公室和工業設施大幅減少碳排放。

雖然熱泵自 20 世紀中葉以來就已經在建築物中得到使用，但該技術目前正在以新的方式取得突破。2022 年，全球熱泵銷量增長 11%，這已是連續第二年實現兩位數增長，儘管該增速可能在 2023 年有所放緩。其中，歐洲的變化最明顯，2022 年的熱泵安裝量增長了 40%，主要是由俄烏衝突引發的能源危機以及擺脫天然氣的因素引起的。

熱泵的另一個熱點區域是亞洲，中國的熱泵安裝量全球領先。自 2010 年以來，中國和日本合計占熱泵技術新專利申請的一半以上。新方法使熱泵能夠達到更高的溫度。例如，對於食品加工和造紙所需的蒸汽，新的熱泵技術可以使用電力達成這一目標，從而讓工業製造的過程更加清潔。

總的來說，到 2030 年，熱泵有望減少全球 5 億噸排放，相當於今天歐洲所有汽車的總排放量。這需要安裝大約 6 億台熱泵，約占全球所有建築物供暖需求的 20%。

目前，熱泵仍然面臨著巨大的挑戰，包括提高產量以滿足不斷增長的需求，還要確保電網足夠強大，能夠為這些技術和其他應對氣候問題的技術提供電力。但所有跡象都表明，熱泵正在進入黃金時代。

推特「殺手」

重大意義：數百萬人逃離了「小藍鳥」，轉而湧向去中心化的社交媒體平台。

主要參與者：Bluesky、Discord、Mastodon、Nostr、Threads

成熟期：現在

在過去的 17 年裡，幾乎所有的喧鬧、暴躁、有趣、可怕、瞬息萬變、永無休止的全球對話都有一座中心廣場，那就是推特（Twitter）。

如果你想知道世界上正在發生什麼，以及人們現在都在談論什麼，推特是網際網路上最合適的地方。

但隨後埃隆·馬斯克（Elon Musk）收購了推特，將其更名為 X，解僱了大部分員工，並或多或少地取消了其審核和驗證系統。他建立了一個新的收益機制，激勵創作者傳播、放大謊言和政治宣傳相關的內容。許多人已經開始尋找替代服務（商），最好是一種超出任何個人控制範圍的服務（商）。

去中心化的社交媒體主要使用 ActivityPub、AT Protocol 或 Nostr 等網絡協議進行跨（獨立託管的）伺服器通信或跨平台通信。它提供了更精細的審核機制，能夠更安全地面對企業或政府審查員的突然抽查，以及避免它們掌握用戶社交圖譜的機會。去中心化的社交媒體甚至支持從一台伺服器轉移到另一台伺服器，並繼續關注相同的人。

可以肯定的是，實現一種類似推特的「去中心化服務」的夢想已經存在多年，但歷史上寫滿了失敗的嘗試，其中最著名的是 App.net 和 Identi.ca。真正的競爭對手從未出現過，因為沒有足夠多的人有充分的理由離開推特，或者他們離開了也沒有其他平台可以選擇，而現在他們兩者都有了。

據 Sameweb 統計，如今更名為 X 的流量同比下降了近 20%。來自 Apptopia 的另一項研究發現，X 的每日活躍用戶數量從 1.41 億減少到 1.2 億。與此同時，Mastodon、Bluesky 和一些 Nostr 客戶端等去中心化服務的受歡迎程度激增。但來自 Meta 的 Threads 才是最大的贏家。Meta 在 9 月份透露，Threads 已經擁有近 1 億月活用戶。截至發稿時，Threads 尚未支持 ActivityPub，但它承諾會這樣做。目前仍處於邀請制的 Bluesky 支持 AT 協議，擁有 200 萬用戶。技術宅最喜歡的 Mastodon 擁有 150 萬活躍用戶，離 Threads 還有很大的差距，不過該數字仍在增長。

那麼，真正「殺死了」推特的人是誰？當然是埃隆·馬斯克。

增強型地熱系統

重大意義：這種先進的開採技術可以在更多地方釋放地熱的潛能。

主要參與者：AltaRock Energy、Fervo Energy、Utah FORGE Lab

成熟期：3 至 5 年

地熱是一種豐富且零碳的能源，是化石燃料的替代品，並且不隨天氣或時間的變化而變化。然而，傳統的地熱發電廠需要特定的地質條件，特別是有地下水的高滲透性岩層。

因此，地熱發電在全球可再生能源總發電量的占比不足 1%。但一項新興技術可以讓我們更多地利用腳下的熱量。

自 20 世紀 70 年代以來，增強型地熱系統一直在開發中。最近的進展表明，它們可以大幅增加可再生能源的產量。Fervo Energy 公司於 2023 年在美國內華達州測試了一套此類系統，並證明了它的商業可行性。該公司正在美國猶他州建設另一個項目，目標是到 2026 年提供持續的清潔電力。

通過增強型地熱系統，地熱公司可以在更多地方獲取地熱。石油和天然氣行業廣泛使用的水力壓裂技術可以被用來應對相對堅固的岩石，這些岩石的深度遠遠超過傳統地熱井，通過向岩石中注入水產生蒸汽，隨後驅動汽輪機發電。

Fervo Energy 還希望利用增強型地熱技術來製造用於電網的巨型地下電池。通過增加或減輕地熱井的壓力，它能夠在電力負荷需求較低時儲存能源，並在需求提高時增加發電量。

但是，該技術並非沒有潛在風險，特別是科學界對於水力壓裂將如何影響地震活動仍存在分歧。儘管一些人認為其導致地震的風險很小，但 2017 年韓國發生的一起地震的確與增強型地熱項目有關。

目前，其他幾家公司和實驗室正在推進該領域的項目試點和研究工作。總部位於華盛頓的 AltaRock Energy 正在開發專門的技術，來獲取極熱的岩石里的地熱能，這可以顯著提高發電量。由美國能源部資助的猶他州 FORGE 實驗室正在打一口地熱井，可作為增強型地熱技術的示範項目。雖然增強型地熱系統的許多項目仍處於試驗階段，但越來越明顯的是，它已成為能源界的熱門話題。

減肥藥

重大意義：減肥藥物廣受歡迎且有效，但其長期健康影響仍然未知。

主要參與者：Eli Lilly、Novartis、Novo Nordisk、Pfizer、Viking Therapeutics

成熟期：現在

三分之一的美國成年人患有肥胖症，這使他們更容易患上心臟病、糖尿病和癌症。抗肥胖藥物（例如 Wegovy 和 Mounjaro）可以幫助解決這一公共衛生危機。從 Reddit 到 TikTok，成功案例在網上隨處可見。製造商諾和諾德公司因這些藥物獲得了巨額利潤，藥店裡甚至出現了一藥難求的情況。

這些藥物通過抑制食慾來幫助人們減肥，其中大多數最初是為了治療 2 型糖尿病而開發的。但在 2021 年 6 月，Wegovy 成為自 2014 年以來第一種被批准用於體重管理的藥物。司美格魯肽（Semaglutide）是 Wegovy 和 Ozempic（一種糖尿病治療藥物，但通常也會被當作減肥處方藥）的活性成分，可以模仿進食後腸道釋放的一種激素，讓人產生飽腹感。患者每周在家注射一次藥物，體重可減輕約 12% 至 15%，許多人的體重在此之後會趨於穩定。

這些藥物並不完美，常見的副作用包括噁心、腹瀉和嘔吐。許多患者必須終生服用藥物才能減輕體重，而這些藥物的長期影響仍然未知。此外，這些藥物也很昂貴，每月花費超過 1000 美元，而且大多數保險計劃都不報銷將它們用於減肥的相關費用。

儘管如此，這些治療方法可以改善數百萬人的健康。一些研究甚至表明，它們可以減輕心衰的症狀。目前，數十家公司正在開發這些減肥藥物的新版本，其中一些可以口服。

2023 年 11 月，美國食品和藥物管理局批准了禮來公司用於治療肥胖症的糖尿病藥物 Zepbound。大約有 70 種新的肥胖症療法正在開發中，其中 6 種正在等待監管審查。未來一年，隨著需求猛增，預計將有更多公司進入試驗的最後階段並尋求批准。

芯粒技術

重大意義：晶片製造商押注更小、更專業的晶片可以延長摩爾定律的壽命。

主要參與者：AMD、Intel、Universal Chiplet Interconnect Express

成熟期：現在

「封裝」可能聽起來很無聊，但它是構建計算機系統的重要組成部分。現在，一些公司正在定義它在新一代計算機里的樣子。

幾十年來，晶片製造商通過縮小電晶體的體積，並將更多電晶體布置到晶片上來提高性能。這種趨勢又被稱為摩爾定律。但屬於摩爾定律的時代正在走向終結，進一步縮小電晶體和製造複雜晶片的成本非常高昂。

為此，製造商正在轉向更小、更模塊化的「芯粒（小晶片）」，這些「芯粒」專為存儲數據或處理信號等特定功能而設計，並且可以連結在一起構建出完整的計算系統。晶片越小，包含的缺陷就越少，製造成本也越低。

多年來，AMD 和英特爾等公司一直在推廣基於芯粒的系統。但芯粒能否幫助晶片行業按照摩爾定律的速度保持性能提升，將取決於封裝技術的進步。封裝，指的是將半導體元件排列或堆疊，在它們之間形成快速、高帶寬的電路連接，並將成品容納於保護性塑料中的過程。

各家製造商仍在尋找平衡成本與性能的最佳方法。2022 年，美國頒布了 527 億美元的《晶片法案》旨在支撐相關行業的發展，其中撥款 110 億美元用於「先進半導體」的研究，並制定了國家先進封裝製造計劃，以促進學術界和工業界之間的合作。

到目前為止，由於缺乏封裝技術標準，芯粒的應用一直困難重重。不過這種情況正在發生變化，業界已經開始採用名為 Universal Chiplet Interconnect Express 的開源標準。理論上，這種標準將使不同公司生產的芯粒更容易組合起來，從而讓晶片製造商在人工智慧、航空航天和汽車製造等快速發展的領域獲得更大的發展空間。

超高效太陽能電池

重大意義：將傳統的矽材料與先進的鈣鈦礦材料結合起來的太陽能電池，可以將光伏發電的效率推向新的高度。

主要參與者：Beyond Silicon、Caelux、First Solar、Hanwha Q Cells、Oxford PV、Swift Solar、Tandem PV

成熟期：3 至 5 年

2023 年 11 月，一項熱門的太陽能技術打破了太陽能電池效率的世界紀錄。之前的世界記錄只保持了大約五個月，而且很可能用不了多久就會被再次打破。

這種驚人的效率提升，來自一種特殊的下一代太陽能技術：鈣鈦礦層疊太陽能電池。這些電池由傳統的矽材料與具有獨特晶體結構的材料相結合而成。

在科學家們研究鈣鈦礦太陽能技術的十年里，它不斷地打破著自己的效率紀錄。太陽能電池的效率，衡量的是有多少照射到電池上的陽光可以轉化為電能。當今，太陽能市場 95% 的份額都被矽電池所占據，而鈣鈦礦吸收的光波長與矽電池吸收的光波長不同。當矽和鈣鈦礦在層疊的太陽能電池中一起工作時，它們可以利用更寬的太陽光譜，讓每個電池產生更多的電力。

矽基電池的技術效率水平最高不超過 30%，而純鈣鈦礦電池的實驗效率可達 26% 左右。但鈣鈦礦層疊電池在實驗室中的效率已經超過 33%，這就是該技術的誘人前景。如果可以實現大規模部署，鈣鈦礦層疊電池可以比傳統太陽能電池以更低的成本產生更多的電力。

不過，鈣鈦礦在實際部署方面卻遇到了困難。矽太陽能電池可持續使用數十年，但很少有鈣鈦礦層疊太陽能電池面板通過室外環境測試。

儘管研究人員一直努力在其面板周圍建造更好的屏障，並轉向使用更穩定的鈣鈦礦化合物，但鈣鈦礦的電化學構成意味著它們對吸水和熱降解很敏感。

2023 年 5 月，總部位於英國的 Oxford PV 公司表示，其商業規模的鈣鈦礦層疊電池的效率已達到 28.6%，該電池比實驗室中測試所使用的電池大得多。該公司計劃在 2024 年交付第一批電池板並擴大生產規模，而其他公司可能會在未來數年裡推出類似產品。

蘋果 Vision Pro

重大意義：Micro-OLED 技術已經發展了十多年，但蘋果 Vision Pro 將是這項技術迄今為止能力最引人注目的應用。

主要參與者：蘋果公司

成熟期：2024 年

歷史上充斥著失敗的「人臉計算機」。谷歌眼鏡、微軟 HoloLens，甚至 Meta 的 Quest 系列都未能真正成功。現在，輪到蘋果來嘗試了。

預計在 2024 年晚些時候，蘋果將正式推出其首款混合現實穿戴設備，全新的 Vision Pro 頭顯。儘管它能否在商業上取得成功尚未可知，但 Vision Pro 無疑是一款具有突破性的設備，其顯示屏的質量超越了過去的任何產品。

蘋果公司在 2023 年 6 月的年度開發者活動上展示了這款頭顯（被稱為「空間計算機」），將其營銷為觀看電影、體驗照片、與他人聯繫，甚至是閱讀和創作的更好方式。

與虛擬現實不同，混合現實可以將數字內容疊加到現實世界的環境中。頭顯中嵌入的攝像頭和傳感器會捕捉房間內用戶周圍發生的情況，並在一對螢幕上重新創建（每隻眼睛對應一個螢幕）。然後，頭顯會將用戶選擇的任何數字內容投影在眼前。

相比於大多數虛擬現實頭顯使用的液晶顯示屏，Vision Pro 的雙 micro-OLED 顯示屏可以提供更高的解析度和更清晰的對比度，這意味著除了提供混合現實功能，該頭顯還可以給我們帶來身臨其境的體驗。

然而，一個關鍵問題是：人們將用它來做什麼？蘋果已經準備好了一套應用程式，開發人員也可以創建自己的應用程式，但它的價值就是一個精美的視頻播放器嗎？另一個問題是：人們真的會戴它嗎？蘋果在其正面添加了虛擬眼睛，以顯示佩戴者正在看的地方，但在 6 月份的活動中，它只分享了人們佩戴頭顯的視頻。我們不知道這些虛擬眼睛在真人身上看起來有多好或多奇怪？此外，Vision Pro 的售價為 3499 美元，比其他頭顯貴出數千美元。

話雖如此，多年以來，也沒有其他公司在開發和營銷消費技術方面能夠做到如此成功。蘋果的投資可能會給混合現實帶來迄今為止最好的火爆起來的機會。

百億億次計算機

重大意義：每秒能夠處理百億億次運算的計算機正在擴大科學家模擬的極限。

主要參與者：美國橡樹嶺國家實驗室、德國於利希超級計算中心、中國無錫超級計算中心

成熟期：現在

2022 年 5 月，Frontier 的推出撼動了全球超級計算機排名。現在它是世界上最快的超級計算機，每秒可以執行超過百億億（1018）次浮點運算，它的單位是 exaflop，一個 1 後面有 18 個 0。本質上，Frontier 一秒鐘內執行的計算量相當於 10 萬台筆記本電腦。

隨著美國田納西州橡樹嶺國家實驗室推出 Frontier，百億億次運算的時代正式開始。更多這樣的百億億次計算機很快就會加入其中。在美國，研究人員正在安裝運算速度約為 Frontier 兩倍的機器：加利福尼亞州勞倫斯利弗莫爾國家實驗室的 El Capitan 和伊利諾州阿貢國家實驗室的 Aurora。歐洲第一台百億億次超級計算機 Jupiter 預計將於 2024 年底上線。同時，中國也擁有百億億次超算。

科學家和工程師們渴望使用這些超強的計算機，來推進一系列領域的發展。天體物理學家已經在使用 Frontier 模擬進出銀河系的氣體流動，除了模擬銀河系尺度的運動，他們的模型還可以重點關注爆炸的星體，這一應用案例展示了超級計算機同時模擬多個尺度的物理對象的獨特能力。

進步不會止步於此。在過去三十年中，超級計算機的運算速度每四年左右就會提高約 10 倍。這些機器的管理者已經在計劃下一批模型。橡樹嶺國家實驗室的工程師正在設計一款超級計算機，其運算速度將是 Frontier 的三到五倍，可能會在未來十年內揭幕。

但一個巨大的挑戰迫在眉睫：能源消耗。Frontier 已經採用了創新的節能技術，但它即使在待機時的耗電，也足以滿足數千個家庭的用電量。工程師需要弄清楚，在建造這些龐然大物的時候，如何才能既追求速度又保證環境的可持續性。