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给你10个亿来解决科技难题，你会投到哪里？
对于飞速发展的科技水平来说，科研经费永远是有限的，让有限的经费“花在刀刃上”，是科技发展的经济基础。
来看看青年科学家们提出的十大科学技术问题，如果给你10个亿来推动中国科技发展，你会投哪个？
第二次工业革命之前，意识研究一直是哲学家的“特权”，近一百年来，技术革命推动生命科学的蓬勃发展，人类对脑科学的认识使得意识研究回归到了生物学的范畴。
研究表明，意识的产生以及学习记忆能力的发展主要依赖于我们的大脑。人类大脑中有数百亿的神经元，神经元之间形成了复杂的网络连接，神经网络以电信号形式编码客观世界——形成意识；客观世界反过来重塑网络的连接方式——发生学习和记忆。
基于电学、光学或化学等单一学科的技术路径已经不足以解析大脑这一复杂系统的结构和功能。想要进一步理解大脑的工作原理，人类需要在技能树上点亮一系列学科深度交叉的新技术：神经网络空间结构解析技术、大规模神经活动记录和分析技术、精准的神经操控技术。
对于具有肢体残疾和感知障碍的人群来说，实现人脑和机器的直接通讯可以部分甚至完全恢复其运动和感知功能。脑机接口技术是实现人脑和机器直接通信的桥梁，也是一个关系亿万人福祉，具有重要现实意义的新兴技术。
通过脑机接口可以直接提取人脑的神经信号，完成对人的行为意向的分析，并且借助光、电、磁、声等调控技术反向干预人脑行为。
当前脑机接口技术已经实现高速意念打字，人脑控制机械手快速抓取等任务，但离人脑和机器直接通讯还有相当大的距离。
更加精准、小型化、高度集成化、生物兼容性强的脑机接口是未来的发展方向，实现脑际深度融合，达到高精度的行为意向抽取以及神经行为干预，并进一步与类脑计算、人工智能等技术结合实现脑机混合智能。
65年前，人工智能（AI）作为一门学科诞生，随着研究的不断深入，AI科学家们越来越清晰地认识到实现通用人工智能（AGI）是一项巨大的科学挑战。
最近十年来，深度学习的复兴，特别是最BERT/GPT-3等具备超强语言能力的预训练大模型的诞生，再次燃起了AI专家心中的理想火焰。
实现通用人工智能（AGI）的核心是赋予算法机器类人的、求解新问题的能力，它的挑战在于：机器如何更高效的获取经验数据并从中学习，实现“举一反三”，“吃一堑长一智”乃至“无师自通”等能力？机器如何高效获取并充分利用人类知识？
求解之路仍然迷雾重重，AI科学家们只能在迷雾中上下求索。
1939年，研究人员发现限制热量摄入可延长大鼠的寿命，首次证明衰老可以被人为干预。
1988年，研究人员发现一个名为age-1的基因的突变可以将线虫的寿命增加40-60%，证明了对单一基因的干预就能影响和决定生物体的寿命。
随后，秀丽隐杆线虫和酿酒酵母的遗传学研究揭示了更多影响寿命的关键基因，囊括了当今衰老领域内的“明星通路”：胰岛素样信号途径、雷帕霉素受体蛋白、Sirtuin和NAD+、线粒体与氧化应激、端粒功能和蛋白质稳态等等。
在尊重生物伦理的基础上，推进直接靶向衰老通路的临床试验，并整合多条衰老相关遗传通路，加深对衰老生物学基础的理解，这些方向的研究有望于人类延缓甚至逆转衰老。
量子计算是目前人类唯一被严格证明具有解决经典计算机无法求解的新方法。然而，真正的应用还有诸多挑战，其中之一就是如何把真实重大应用映射到量子计算系统中。
如何有效地扩展量子比特的规模和高保真的逻辑操作是核心任务。由于量子比特不可避免地会受到环境噪声的影响而出错，要最终实现可编程的通用量子计算机，通过量子纠错来保证整个系统的正确运行是必然要求，也是科学研究面临的主要挑战。
在量子比特系统的逻辑操纵精度到达可容错量子计算的要求之前，可以构建针对特定问题的专用量子模拟机来作为阶段性应用。
当前世界面临能源资源匮乏、全球气候变化、生态环境恶化等一系列重大挑战，原因之一就是人类对化石能源的大量消耗和严重依赖。
构建能源、环境和气候变化三者协同的机制，需要围绕清洁能源技术、节能提效减污降碳技术、能源环境系统集成耦合与优化技术、气候治理与环境污染协同应对路径、零碳/负碳能源技术以及系统的综合评价、促进能源转型的碳市场机制等开展研究。
其中，可再生能源发电、储能技术、多污染物协同减排技术、能源环境综合评估模型、碳市场机制的等最有可能取得突破。
暗能量和暗物质的出现证明了当前的粒子理论和引力理论是不正确或者不全面的，我们赖以发展科技的”基础”，还存在被优化的空间。
暗能量是指未知的“斥力”来加速宇宙的膨胀，暗物质是指未知的物质来产生额外的引力。按照目前的观测推算，两者分别约占宇宙总能量的70%和25%，而由质子、中子和电子组成的正常物质只占5%。
科学家们将通过多种手段来探索暗能量和暗物质。对于暗能量，将探究其能量密度是否随时间变化，以及是否随宇宙空间变化等现象；暗物质方面，将通过其湮灭或衰变现象、与正常物质的碰撞现象、以及其在宇宙空间的密度分布等方法来探索其本质。
多种探测手段的结合和互补是我们真正理解暗物质和暗能量的关键。
走出地球是人类永恒的梦想，深空探测是科技竞争的制高点。
人类火星往返包括一年的太空旅行和一年半的火星生活。火星往返提出三大挑战：地火往返技术、生命保障系统、生理心理干预。
太空旅行拥有载人登月的宝贵经验做基础, 火星生活则是一个从零开始的全新工程。实现宇航员在火星居住一年以上，是对人类航天、能源、通信、电子、医学、生物科技等各方面科技水平的全面检验。
该项目的规模和复杂程度为人类历史之最，目前，国际合作是实现这一目标的最优方式。
科技迅猛发展使得人类入太空潜深海，似乎“无所不能'，但一个最基本的科学事实却是，即便是神舟十二号上精巧的“天和”机械臂，其系统的集成度、智能化、以及自我修复功能也远远低于生物系统。
仿生系统的构建，涉及方方面面：从材料、制造到组装，从单元、个体到集群。
从理解自然界材料合成、组装及演变的共性机理，为仿生体系研发提供理论支撑；到构建仿生智能表界面，有效调控仿生系统与外界环境的交互；再到开发规模化绿色制造技术,构建跨尺度、多功能协同的仿生系统；乃至发展高度集成的智能类生命体，人类将一步步向大自然“求教取经”。
有效利用太阳能既能逐步满足人类的能源需求，作为最重要的清洁能源之一，太阳能的高效利用也有助于减少环境污染和应对气候变化。
光伏技术是实现太阳能直接向电能转化的最有效途径，是解决人类能源危机、环境污染的重要手段。如何通过技术手段使太阳能发电规模化高效利用，也就因此成为重大科学问题。
针对太阳能发电的规模化高效应用，目前科学家主要围绕材料体系、制备工艺，器件结构及工作原理展开工作。
从目前的研究来看，在光电转换基本过程与新原理；高效、稳定光电转换材料的理性设计；低成本、高通量的可控制备方法；光电材料与器件中的结构和表界面设计与调控等方向上,最有可能获得突破。
以上十大科学技术问题发布于南方科技大学和腾讯主办的2021年首届“青年科学家50²论坛”，由100位“科学探索奖”获奖者共同发起和投票选出，代表了中国青年科技工作者们最前沿的科学洞察。
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