為了避免這種可怕的前景，有研究人員開發(fā)出一種開關(guān)，在基因驅(qū)動(dòng)起作用之前，必須通過傳遞某種特定物質(zhì)來開啟開關(guān)。與此同時(shí)，多組科學(xué)家正在研究通過基因驅(qū)動(dòng)測試的每個(gè)階段來指導(dǎo)進(jìn)展的規(guī)程。例如，在2016年，美國國家科學(xué)、工程和醫(yī)學(xué)科學(xué)院審查了這項(xiàng)研究，并對(duì)負(fù)責(zé)任的做法提出了建議。2018年，一個(gè)大型的國際工作小組制定了一份路線圖，監(jiān)督實(shí)驗(yàn)室的研究。

除了限制這項(xiàng)技術(shù)本身的風(fēng)險(xiǎn)之外，許多調(diào)查人員還希望避免可能導(dǎo)致公眾或政策反彈的事故和失誤。麻省理工學(xué)院的凱文·艾斯維爾特(Kevin M. Esvelt)和新西蘭奧塔哥大學(xué)的尼爾·格默爾(Neil J. Gemmell)在2017年發(fā)表了論文，對(duì)基因驅(qū)動(dòng)在消滅害蟲哺乳動(dòng)物方面的潛在用途表示擔(dān)心，他們認(rèn)為單次國際性事件可能會(huì)讓研究工作倒退10年或更長時(shí)間。他們預(yù)測：“僅就瘧疾而言，這種延遲的代價(jià)可能需要用數(shù)百萬本來可以避免的死亡來衡量?！?/p>

9.等離子體材料

2007年，加州理工學(xué)院的哈里·阿特沃特(Harry a . Atwater)曾撰文預(yù)測，所謂的“等離子體”(plasmonics)技術(shù)最終可能會(huì)被投入到一系列應(yīng)用中，從高度敏感的生物探測器到隱形斗篷。十年后，各種等離子體技術(shù)已經(jīng)成為商業(yè)現(xiàn)實(shí)，其他技術(shù)也正在從實(shí)驗(yàn)室向市場過渡。這些技術(shù)都依賴于控制電磁場和金屬(通常是金或銀)中自由電子之間的相互作用，自由電子決定了金屬的導(dǎo)電性和光學(xué)性能。金屬表面的自由電子在受到光線照射時(shí)集體振蕩，形成所謂的表面等離子體。

當(dāng)一塊金屬很大時(shí)，自由電子會(huì)反射擊中它們的光線，使材料發(fā)光。但是當(dāng)一種金屬只有幾納米時(shí)，它的自由電子就被限制在非常小的空間里，從而限制了它們振動(dòng)的頻率。振蕩的特定頻率取決于金屬納米顆粒的大小。在一種稱為共振的現(xiàn)象中，等離子體只吸收與等離子體本身以相同頻率振蕩的入射光的一部分。這種表面等離子體共振可用于制造納米天線、高效太陽能電池和其他有用的設(shè)備。

等離子體材料的研究應(yīng)用最廣泛的領(lǐng)域之一是用于檢測化學(xué)和生物試劑的傳感器。在一種方法中，研究人員將一種等離子體納米材料包裹上一種物質(zhì)，這種物質(zhì)與一種有趣的分子（比如細(xì)菌毒素）結(jié)合在一起。在沒有毒素的情況下，照射在材料上的光線會(huì)以特定的角度重新發(fā)射出來。但如果毒素存在，它會(huì)改變表面等離子體的頻率，從而改變反射光的角度。這種效果可以非常精確地測量甚至檢測到微量的毒素。

幾家初創(chuàng)公司正在開發(fā)基于這一技術(shù)和相關(guān)方法的產(chǎn)品，其中包括一種電池內(nèi)部傳感器，可以監(jiān)測電池的活動(dòng)，以幫助提高功率密度和充電率。此外，還有一種能夠區(qū)分病毒和細(xì)菌感染的設(shè)備。等離子體也被用于研究磁盤上的磁存儲(chǔ)器。例如，熱輔助磁記錄設(shè)備通過在寫入時(shí)瞬間加熱磁盤上的小點(diǎn)來增加內(nèi)存存儲(chǔ)。在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，光激活納米顆粒正在臨床試驗(yàn)中測試其治療癌癥的能力。納米顆粒被注入血液，然后聚集在腫瘤內(nèi)。接著，使用與表面等離子體相同頻率的光照射其上，使粒子通過共振產(chǎn)生熱量。熱量有選擇地殺死腫瘤中的癌細(xì)胞，但卻不會(huì)傷害周圍的健康組織。

當(dāng)新的公司開始利用等離子體技術(shù)時(shí)，他們需要確保自己的產(chǎn)品價(jià)格合理、可靠、堅(jiān)固、易于大規(guī)模生產(chǎn)和與其他部件集成。盡管面臨這些挑戰(zhàn)，前景還是光明的?！俺牧稀保ǖ入x子體產(chǎn)生不尋常的光學(xué)效應(yīng)的合成納米材料）的出現(xiàn)使等離子體研究人員能夠使用除金銀以外的材料，如石墨烯和半導(dǎo)體。來自Future Market Insights的一項(xiàng)分析預(yù)測，僅等離子體傳感器應(yīng)用的北美市場價(jià)值就將從2017年的近2.5億美元增至2027年的近4.7億美元。

10.量子計(jì)算機(jī)算法

得益于在硬件和算法上取得的進(jìn)展，量子計(jì)算機(jī)在幾年內(nèi)就能趕上甚至超過傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)。量子計(jì)算機(jī)利用量子力學(xué)進(jìn)行計(jì)算。它們的基本計(jì)算單位——量子位，類似于標(biāo)準(zhǔn)位(0或1)，但它是在兩個(gè)計(jì)算量子態(tài)之間的量子疊加：它可以是零，也可以是1。這種性質(zhì)，加上另一種獨(dú)特的量子特性——糾纏，可以使量子計(jì)算機(jī)比任何傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)更有效地解決某些類型的問題。

這項(xiàng)技術(shù)雖然令人興奮，但卻是出了名的進(jìn)展困難。舉例來說，一個(gè)被稱為退相干（decoherence）的過程可以破壞它的功能。研究人員已經(jīng)確定，擁有幾千量子位元的嚴(yán)格控制的量子計(jì)算機(jī)可以通過被稱為量子誤差修正的技術(shù)來承受退相干效應(yīng)的影響。但迄今為止，實(shí)驗(yàn)室所展示的最大量子計(jì)算機(jī)也僅包含數(shù)十個(gè)量子位。這些被加州理工學(xué)院的約翰·普瑞斯基爾(John Preskill)命名為“噪聲中等規(guī)模的量子計(jì)算機(jī)”(NISQ)，目前還不能執(zhí)行錯(cuò)誤校正。然而，大量專門為NISQs編寫的算法研究，可能使這些設(shè)備能夠比傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)更有效地執(zhí)行某些計(jì)算。

世界各地用戶對(duì)NISQ的訪問增加，極大地促進(jìn)了這一進(jìn)展，使越來越多的學(xué)術(shù)研究人員能夠?yàn)檫@種機(jī)器開發(fā)和測試小型版本的程序。一個(gè)專注于量子軟件不同方面的初創(chuàng)公司生態(tài)系統(tǒng)也正在蓬勃發(fā)展。研究人員在兩種用于NISQ的算法中看到了特別光明的前景，即模擬算法和機(jī)器學(xué)習(xí)算法。1982年，傳奇理論物理學(xué)家理查德·費(fèi)曼（Richard Feynman）提出，量子計(jì)算機(jī)最強(qiáng)大的應(yīng)用之一將是模擬自然本身——原子、分子和材料。

許多研究人員已經(jīng)開發(fā)出算法來模擬NISQ設(shè)備上的分子和材料(以及未來完全糾正錯(cuò)誤的量子計(jì)算機(jī))。這些算法可以提高從能源到健康科學(xué)等領(lǐng)域的新材料設(shè)計(jì)。開發(fā)人員還在評(píng)估量子計(jì)算機(jī)是否更擅長機(jī)器學(xué)習(xí)任務(wù)，即計(jì)算機(jī)從大數(shù)據(jù)集或經(jīng)驗(yàn)中學(xué)習(xí)?？焖僭鲩L的NISQ設(shè)備測試算法已經(jīng)表明，量子計(jì)算機(jī)確實(shí)可以促進(jìn)機(jī)器學(xué)習(xí)任務(wù)。

至少有三個(gè)研究小組獨(dú)立報(bào)告了機(jī)器學(xué)習(xí)方法的量子版本的開發(fā)進(jìn)展，這種方法被稱為生成對(duì)抗性網(wǎng)絡(luò)(GANs)，在過去的幾年里，它已經(jīng)在機(jī)器學(xué)習(xí)領(lǐng)域掀起了一場風(fēng)暴。盡管許多算法似乎在現(xiàn)有的NISQ機(jī)器上運(yùn)行得很好，但還沒有人能給出正式的證明，證明它們比在傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)上執(zhí)行的算法更強(qiáng)大。這些證明是困難的，可能需要幾年的時(shí)間才能完成。在接下來的幾年里，研究人員很可能會(huì)開發(fā)出更大、更可控的NISQ設(shè)備，然后是具有數(shù)千個(gè)物理量子位的完全錯(cuò)誤校正機(jī)器。NISQ的算法應(yīng)該足夠高效，能夠超越最先進(jìn)的傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)。（小?。?/p>