根據《國務院關於改進加強中央財政科研項目和資金管理的若干意見》（國發〔2014〕11號）、《國務院關於深化中央財政科技計劃（專項、基金等）管理改革方案的通知》（國發〔2014〕64號）、《國家重點研發計劃管理暫行辦法》（國科發資〔2017〕152號）等文件要求，現將「變革性技術關鍵科學問題」重點專項2020年度項目申報指南公開徵求意見（其中指南方向28~49為指向性指南方向）。徵求意見時間為2019年10月11日至2019年10月25日。
國家重點研發計劃相關重點專項的凝練布局和任務部署已經戰略諮詢與綜合評審特邀委員會諮詢評議，國家科技計劃管理部際聯席會議研究審議，並報國務院批准實施。本次徵求意見重點針對各專項指南方向提出的目標指標和相關內容的合理性、科學性、先進性等方面聽取各方意見。科技部將會同有關部門、專業機構和專家，根據徵求意見情況，修改完善項目申報指南。徵集到的意見將不再反饋和回復。
相關意見建議請於10月25日24點之前發至電子郵箱：jcs_zdxmc@most.cn。
科技部基礎研究司
2019年10月11日
附件：
「變革性技術關鍵科學問題」重點專項2020年度項目申報指南(徵求意見稿)
「變革性技術關鍵科學問題」重點專項
2020年度項目申報指南
（徵求意見稿）
變革性技術是指通過科學或技術的創新和突破，對已有傳統或主流的技術、工藝流程等進行一種另闢蹊徑的革新，並對經濟社會發展產生革命性、突變式進步的技術。「變革性技術關鍵科學問題」重點專項重點支持相關重要科學前沿或我國科學家取得原創突破，應用前景明確，有望產出具有變革性影響技術原型，對經濟社會發展產生重大影響的前瞻性、原創性的基礎研究和前沿交叉研究。
2020年本重點專項將圍繞製造、信息、能源、材料、地學、生命、數學等 7 個領域方向部署項目。
1.基於超臨界水熱化學還原的制氫裝備技術基礎
研究內容：針對化石能源潔淨無汙染制氫以及可再生能源低成本大規模製氫的重大需求，突破傳統熱化學制氫技術瓶頸，研究超臨界水熱化學還原大規模製氫裝備的關鍵製造科學問題與技術。主要包括：超臨界水熱化學還原制氫反應原理及大型反應器製造理論；大型固體原料高壓連續輸送、排渣原理及裝備的設計方法；超臨界水熱化學還原制氫反應器材料—結構—反應一體設計製造理論；超臨界水制氫反應器材料的腐蝕、滲氫機理及其對制氫裝備服役性能的影響規律；超臨界水熱化學還原制氫系統集成理論及參數測量與控制。
考核指標：闡明超臨界水熱化學還原大規模製氫原理，建立制氫關鍵裝備在極端服役條件下的設計、製造及安全服役理論。形成大規模製氫系統的固體原料高壓連續進料、高溫高壓反應器、有害物質富集與在線排出關鍵技術及裝備的製造工藝。研製出包含大型高溫高壓反應器（內徑 1m 級）、固體原料高壓連續輸送系統（輸送的原料濃度>60%，壓力30MPa）的制氫樣機 1 套，實現氫氣產量>1000Nm3/h，煤制氫能耗下降 30%，主要汙染物（SOx、NOx、PM2.5）零排放和 CO2自然富集。
2.支撐真空沸騰光場條件之大光柵整製造技術
研究內容：圍繞真空沸騰光場對高性能超大口徑光柵的需求，研究基於大面積反射式一次靜態曝光技術的大口徑光柵製造關鍵科學問題與技術。主要包括：揭示幹涉曝光光場中離軸反射鏡表面質量和曝光環境對相干噪聲的影響規律，探究光刻膠在超大超重光柵基板表面流動特性及成膜機制，研究無縫掩膜製作工藝及其復形結構形成及演化機制，探究槽型控制、缺陷種類、界面材料、膜層粘附力等對無縫脈寬壓縮光柵衍射效率、光譜帶寬、抗雷射損傷閾值的影響規律，形成大面積、高精度光柵微納結構掩膜製備及其轉移和復形技術，實現具有自主智慧財產權的大口徑無拼縫脈衝壓縮光柵關鍵製造裝備和技術。
考核指標：闡明反射式靜態幹涉曝光系統離軸反射鏡等關鍵元件表面質量與相干光互作用機制，揭示各工藝環節對光柵衍射效率、帶寬、損傷閾值等性能的影響規律。開發全口徑反射式靜態曝光裝備一套（包括離軸反射鏡、大口徑高精平面鏡、高穩光學平臺等），其不均勻性優於±5%；開發雙向米量級超重光柵基板塗膠裝備一臺，其不均勻性優於±3% ；研製出光柵樣件，口徑不小於 1600mm×1050mm×160mm，200nm 帶寬內衍射效率≥90%，抗雷射損傷閾值優於 0.17J/cm2。
3.超高熱流密度微通道散熱新原理及關鍵技術
研究內容：面向高集成度、高功率電子系統發展需求，研究受限微流體高效熱輸運機理，發展流—固—熱—力—電多要素仿真分析與協同優化技術，建立超高熱流密度冷卻新方法；研究高熱導率材料原位合成及微加工工藝，發展低熱阻冷卻系統集成製造關鍵技術；研製超高熱流密度散熱器和高功率冷卻系統演示模塊，完成冷卻能力測試。
考核指標：研製晶片尺度超高熱流密度散熱器，單片集成材料種類≥3 種；冷卻能力≥1500W/cm2；高效熱管理系統演示模塊尺寸≤50mm×50mm×15mm，冷卻能力≥2.5kW，在高集成度雷達、高頻信號發射源等系統實現應用驗證，冷卻熱流密度相比傳統液冷冷板等經典散熱技術提升10 倍以上。
4.非易失自旋存儲器件物理與集成方法
研究內容：針對傳統易失性動態隨機存儲器（DRAM）的效能瓶頸，突破非易失性自旋軌道矩驅動型磁隨機存儲器（SOT-MRAM）的器件物理和集成限制，推動 SOT-MRAM對現有 DRAM 的更新替代。研究室溫、無外加磁場條件下非易失性自旋軌道矩（SOT）誘導電流驅動自旋的定向翻轉機理，探索新的全電控 SOT 自旋翻轉新方法；研究SOT自旋存儲器件的功能特性以及與 CMOS 兼容的 SOT-MRAM 後道集成方法。
考核指標：提出具有自有智慧財產權的 1～2 種全電控的SOT 自旋翻轉新方法；研製非易失性 SOT-MRAM 的磁隧道結存儲單元，關鍵性能指標相比 DRAM 提升 1 個數量級以上，即：寫速率<5ns，能耗<10pJ，寫入次數>1012；製備出全電控的 SOT-MRAM，容量≥16Kb，特徵尺寸<90nm。
5.多物理場仿真 EDA 軟體技術
研究內容：面向超高頻、高真空等電子器件的精準、快速分析設計需求，構建壓電器件、真空器件等的電/磁/力/熱等多物理場三維精確仿真模型；研究三維模型計算的加速方法，以及多物理場聯合仿真技術，建立適應超高頻、高真空等模擬電子器件的全自主仿真工具。
考核指標：提出超高頻、高真空等電子器件的三維模型計算加速方法，建立電/磁/力/熱等多物理場三維聯合仿真平臺；對千根金屬電極計算規模的典型壓電器件，仿真速度比商用 ANSYS 軟體提高 3 個數量級以上，單頻率點仿真速度達到分鐘級；對帶狀注非線性典型真空器件，仿真速度比商用軟體 MAGIC 或 CST 商用軟體提高 2 個數量級，單頻率點全過程的仿真速度達到分鐘級。
6.高解析度低劑量動態 X 射線成像技術
研究內容：面向重大疾病早期診斷等重大需求，研究高性能金屬滷化物材料，釐清 X 射線光電轉換和信號倍增機理，發展暗電流抑制技術，提高成像動態響應區間，突破傳統 X 射線探測器轉換效率低、信號串擾等瓶頸，實現基於金屬滷化物的高分辨、高靈敏、高穩定 X 射線成像新技術。
考核指標：發展 2 種非鉛金屬滷化物閃爍體厚膜(>25cm2)，量子產額大於 90000 光子/MeV,輻射壽命小於10ns;製備 100cm2尺寸的金屬滷化物單晶，50Gyair 輻照劑量下穩定；研製基於金屬滷化物探測器的 X 射線成像器件，相比經典閃爍體間接成像靈敏度提高 10 倍以上，達到 10000μCGyair-1cm-2,同時空間解析度達到 15lp/mm；研發動態 X射線成像原理樣機，成像劑量為目前商用平板探測器的 1/10，實現體模動態成像的演示驗證。
7.綠色合成氨技術
研究內容：發展合成氨催化劑新途徑和新體系，研究催化新途徑和新體系的反應機理，開發催化劑體系的配套工藝技術，形成合成氨升級換代成套新技術。
考核指標：闡明 N-N 鍵活化和 N-H 鍵形成的催化作用原理，研製出 2～3 類新型催化劑，實現溫和條件合成氨，在溫度≤250℃，壓力≤1.0MPa 下產氨速率≥5.0mmol.gcat-1.h-1，完成新型催化劑 3000 小時以上的穩定性模擬實驗，形成自有智慧財產權的變革性合成氨技術。
8.寬波段平面超表面太陽能聚光器
研究內容：面向低成本太陽能聚光發電，發展無機械運動裝置的反射式平面超表面太陽能線性聚光器。基於等效媒質理論和光學變換理論，研究聚集過程能量高效傳遞機理，揭示電介質超表面對寬頻、寬入射角太陽輻射的有效聚集方法；研究超表面規模化製備技術；提出與聚光能流密度分布耦合的高效光熱轉換方法，形成「太陽能—聚集—熱轉換」系統。
考核指標：聚光比≥70，接收波長範圍 400～3000nm，入射光接受角範圍 170°，聚光過程能量損失不大於 8%，聚光器單片尺寸≥600mm1000mm，材料製備支持底板並行加工方法；研製基於以上聚光器的光熱轉換原理樣機，輸出熱功率≥5kW，液體工質溫度≥400℃。
9.離子液體強化CO2綠色轉化新過程研究
研究內容：研究離子液體多位點相互作用及協同調控機制，揭示離子微環境活化 C-O 鍵及 C-H、C-C 化學鍵重構機理；研究離子液體微環境強化反應/傳遞多尺度耦合機制，開創新一代多相微通道高效離子床反應器；突破離子液體催化CO2 合成碳酸酯/環狀聚碳、電化學還原 CO2 合成甲醇/多碳醇等新過程的精準調控及工程化難題，開闢離子液體強化CO2轉化的原子經濟性利用新途徑。
考核指標：研製 3 種以上具有工業化應用價值的新型離子液體催化劑和 2 種以上新型離子液體反應器；形成離子液體催化 CO2合成碳酸酯/環狀聚碳新技術，實現低溫（≤80℃）、低壓（≤5bar）下，單程轉化率≥90%，CO2總利用率≥98%，產品選擇性≥99%，在工業規模示範裝置上獲得驗證及應用；形成離子液體強化 CO2電化學合成甲醇/多碳醇新技術，電流密度≥500mA/cm2、法拉第效率≥65%，CO2利用率≥50%，研製多級串並聯模塊化裝置、單級規模≥50 升，實現單程轉換效率≥35%，穩定性≥100 小時。
10.面向超高清顯示的新一代窄譜帶有機發光材料
研究內容：針對超高清顯示產業需求，研發在不濾光條件下可實現廣色域的窄譜帶高效率有機發光材料，設計開發新一代窄譜帶有機發光材料體系，應用於高能效超高清有機顯示器件。在宏觀與微觀水平上揭示有機發光材料中多激發態耦合與演變的時空規律，為激發態調製提供新方法。
考核指標：在分子尺度上監測激發態的產生、演變及關聯過程，闡明激發態光子/聲子相互作用機制；設計開發的有機發光材料發射峰半峰寬不大於 0.14eV，研製的有機顯示器件單元在不濾光條件下其色域不低於 90%國際電信聯盟(ITU)2020 色彩標準。
11.面向地外原位資源利用技術的人工光合成關鍵材料與系統
研究內容：發展利用月壤和火星土壤合成高效地外人工光合成材料的原位製備方法；突破現有人工光合成技術光電轉換效率低、產物選擇性差的瓶頸，研發具有多場響應和多能轉換互補綜合性能的地外人工光合成材料新體系；研究地外極端苛刻環境下的高效人工光合成材料使役效應；構建高效地外人工光合成系統，實現在軌實驗驗證。
考核指標：發現 2～3 種可用於地外的新材料並實現地外原位可控制備，CO2 光電轉換效率達到 5%以上，功率密度達到 70W/m2。構建多場響應、多能轉換互補的地外原位資源利用在軌驗證系統，日產氧速率達到 0.27kg/(m2·day)。
12.克量級直徑大於 1 納米單一手性半導體碳納米管制備
研究內容：突破單一手性半導體碳納米管的分離製備瓶頸，研究新型分子調控技術，開發凝膠分子對碳納米管多重結構的篩選識別技術；研製碳納米管自動化分離裝置，實現直徑大於 1 納米單一手性半導體碳納米管產業化製備；開發取向碳納米管薄膜高效印刷技術，研製高性能三維紅外光電傳感系統。
考核指標：單一手性碳管產能達到每臺每天 0.1 克（碳管直徑>1 納米，半導體純度>99.99%，手性結構純度>90%）；碳納米管薄膜面積大於 4 英寸（線密度大於 50 根/微米，取向角度偏差小於±30°）；碳納米管光電集成系統具有三維垂直雙層疊加結構，光電流響應變化大於 100（1310 或 1550納米紅外光）。
13.生物組裝自癒合牙修復材料
研究內容：發展生物組裝自癒合牙修復材料的程序化構築技術。通過結構及功能協同的晶體/非晶納米複合材料的可控生長，實現牙齒原位修復。結合幹細胞調控，發展可程序化的多級次、多組分、多梯度的牙釉質及牙本質生物組裝新方法，研發仿生牙齒種植體材料。
考核指標：研製的生物組裝自癒合牙修復材料，可修復牙齒：區域>2cm2、硬度>3.0GPa、楊氏模量>70GPa、粘彈性品質因子>0.7，耐循環磨耗>150000 次；研製的仿生種植體材料，楊氏模量 60～100GPa，硬度 1～4GPa。
14.頁巖油開發可控衝擊波壓裂技術的基礎研究
研究內容：探索金屬絲電爆炸等離子體驅動高溫含能材料形成衝擊波的機理，研究高溫高壓環境中的可控衝擊波產生方法；研究井筒複雜環境下裝備的協同控制、系統隔熱和機-電-熱-力複合結構的綜合設計方法，形成適用於高溫、高壓和強衝擊環境的脈衝功率驅動源，研究高溫高壓和強衝擊環境下含能材料的存儲及定量重複注入方法，形成滿足深部儲層改造的可控衝擊波產生器；研究高溫高壓環境下可控衝擊波致裂儲層的效應，揭示可控衝擊波與儲層的作用機理；探索油氣儲層工程參數與可控衝擊波工藝參數的優化匹配方法，建立基於可控衝擊波技術改造高溫儲層的環境友好型技術體系。
考核指標：在井筒溫度 120℃，液柱壓力 50MPa 下，穩定產生可控衝擊波，直流功率 500W 的脈衝功率驅動源耐強衝擊 50MPa；在井筒套管外徑處，衝擊波峰值壓力達200MPa，持續時間 40μs；儲層改造半徑 20 米。
15.難熔元素和同位素分析技術創建與革新及地學應用
研究內容：創建與革新針對地質樣品超低豐度的難熔元素和重要同位素體系的高精度分析技術。研究包括創建 Pt-Os和 Hf-W 放射性同位素分析技術並示蹤地球深部核-幔和幔-殼相互作用和物質循環；革新 Re-Os 同位素等體系定年技術實現疑難金屬礦床成礦年齡的準確測定，揭示礦床成因並理解成礦規律；研髮油氣成藏定年的有效技術和研究方法，用於油氣藏的時代限定和烴源巖示蹤；運用放射性同位素體系對沉積地層定年並聯合穩定同位素揭示中元古代重要環境變化事件的時限和機制。
考核指標：創建 190Pt-186Os 和 182Hf-182W 同位素體系的分析技術，186Os/188Os 和 182W/184W 分析精度優於 10ppm 和5ppm；革新和優化 Re-Os 同位素分析技術，Re 和 Os 含量分 析精度分別優於 0.5%和 1‰，187Os/188Os 優於 0.1‰；提出區分定年硫化物等礦物期次的鑑別標誌，提升金屬礦床的定年精度到優於 5%；研發黑色頁巖和油氣成藏定年技術，提升定年精度分別優於 3%和 5%；鉑族元素含量分析精度優於10%。提供成功應用的相關實例 4～6 個。
16.人類活動誘發地震機理及分析評估技術研究
研究內容：針對與注水有關的人類活動（如頁巖氣開採、汙水回注等）可能誘發地震活動及災害風險等開展研究。研究開採區已有典型震例，分析誘發地震的構造、介質和應力等條件；對開採全過程進行高密度地震觀測，分析地震活動時空演化特徵與斷層活化跡象；開展注水誘發斷層活化及弱化的實驗研究和數值模擬，分析介質和應力狀態變化及發震機理；研究潛在開採區構造和應力狀態，評估誘發地震可能性及災害風險；與活動斷層帶天然地震進行對比研究。
考核指標：初步揭示誘發地震機理，建立綜合研究方法，為注水誘發地震分析提供評估與應對策略技術平臺；形成開採全過程微震監測與斷層活化跡象檢測技術；建立開採區破壞性誘發地震可能性及相關災害風險分析評價方法；探索活動斷層帶強震預測新方法。
17.生物界面蛋白質冠主動精準調控與高效遞送載體構建
研究內容：針對藥物遞送載體活體內肝脾富集和遞送效率低等關鍵難題，突破「親水修飾減弱血漿蛋白吸附作用以避免單核巨噬系統捕獲」的傳統思路，提出遞送載體—生物界面蛋白質冠的主動調控和精準構建新策略。以分子量單一和序列可控的合成高分子為構築基元，構建能與特定血漿蛋白組分和功能抗體可逆共價鍵合的程序化自降解納米載體；建立高時空分辨的蛋白質冠原位表徵技術，掌握單納米粒表面反應活性位點、價態變化、化學鍵生成與斷裂過程的時空演變規律，揭示納米尺度下蛋白質冠形成和演化的動力學過程與機制；發展高分子載體基元的原位質譜測序和定量技術，並在單細胞、活體器官和動物模型水平上闡明蛋白質冠組成和高級結構與納米載體的內吞/轉胞吞機制、生物分布及輸運效率之間的內在關聯；重點發展能顯著減弱肝脾蓄積，並在惡性腫瘤等病變部位富集，且同時具有組織反應性靶向/動態交換/多價捕獲等特性的遞送載體；深入研究遞送載體的生物安全性和納米毒理效應，創製高效低毒安全的精準治療與診斷試劑。
考核指標：（1）建立 2～3 種具有高時空分辨和組織穿透性的遞送載體材料蛋白質冠原位表徵技術，實現在動物活體、原位肝脾器官、單細胞和單納米粒子水平上的實時跟蹤和高分辨成像；（2）發展 1～2 種針對序列可控高分子納米載體的原位質譜測序和質譜定量生物分布的新策略；（3）發展 4～5 種藥物遞送載體材料表面蛋白質冠的主動精準調控新技術，顯著降低肝脾等器官蓄積；（4）實現藥物遞送載體在惡性腫瘤等病變組織的富集效率相對於傳統設計納米載體提升 3～5 倍以上，構建 2～3 類具有組織反應性靶向/動態交換/多價捕獲等集成特性的藥物遞送納米載體。
18.工程化細胞逆轉重要器官纖維化的分子機制和臨床轉化研究
研究內容：針對人體重要器官纖維化無法逆轉的世界性難題，利用智能生物材料、細胞微包裹/組裝、類器官、基因編輯、適配體表徵等技術構建工程化細胞，建立逆轉肝、腎、肺等重要器官纖維化的新療法。研究重要器官纖維化進程中微環境、細胞結構和功能的演變特徵及其相互影響；創建工程化細胞製備技術，利用類器官等技術構建肝、腎、肺等器官纖維化模型，探討智能生物材料、工程化細胞等在器官纖維化逆轉中的關鍵作用；開展工程化細胞治療器官纖維化的臨床前研究和臨床研究，示蹤工程化細胞在體內的存活、遷移、歸巢、分化，闡明工程化細胞逆轉器官纖維化的免疫調控機制。為工程化細胞治療人體重要器官纖維化提供科學依據及變革性技術。
考核指標：（1）針對重要器官纖維化，創建不少於10種逆轉纖維化的工程化細胞，建立治療用工程化細胞產品的生產工藝和質量標準；（2）開發 10~15 種具有細胞調控功能的新型智能生物材料，闡明材料與細胞協同逆轉器官纖維化的關鍵機制；（3）在對至少 3 種工程化細胞治療肝、腎、肺纖維化模型安全性、有效性進行系統評價的基礎上，實施至少 1 種工程化細胞治療≥2 種重要器官纖維化的臨床研究（每種不少於 50 例），形成工程化細胞治療器官纖維化的標準化方案，建立臨床治療級工程化細胞的質量標準及安全性和有效性評價體系。
19.新一代變革性SPECT影像的關鍵科學問題
研究內容：針對 18FDG/PET 特異性診斷及普及應用方面的不足，在國際上率先研製用於 SPECT 顯像的特異性腫瘤顯 像 劑 ， 以 及 人 工 智 能 引 導 的 用 於 人 體 全 身 的 全 環SPECT/CT 設備，在體實時監測腫瘤在不同時期生物標誌物的分子變化水平，進行腫瘤的在體分子分型，指導腫瘤的個體化治療。通過中國自主創新研製的藥物和設備，打破美國主導 20 年的 18FDG/PET 核醫學分子影像格局，為癌症的早篩和精準診治提出中國解決方案，為核醫學領域帶來變革，並帶動相關產業的發展。
考核指標：（1）研製兩種以上 99mTc 標記的新型特異性腫瘤顯像劑，獲得第 1 類新藥證書或臨床試驗批件，開展臨床推廣應用；（2）完成全環 SPECT/CT 設備樣機的研製，取得國家藥品監督管理局認可的第三方檢驗機構的整機安全及性能檢測報告，主要性能指標如下：2a)針對人體局部感興趣區成像，SPECT 空間解析度<2mm；2b)系統靈敏度相對於現有主流雙探頭通用型 SPECT 設備提高 5 倍以上；2c)SPECT單床位成像視野：斷層徑向>48cm；軸向>30cm；2d)CT 圖像高對比度解析度：>20lp/cm@0%MTF；2e）CT 值準確性：水（0+3HU），空氣（-1000+10HU）。
20.用於阿茲海默病診療的手性納米多靶點藥物
研究內容：針對阿茲海默病（AD）相關的多種蛋白異常纖維化及相關病理機制的共同核心問題—蛋白質錯誤摺疊，將手性效應及納米尺度效應引入藥物設計，同時實現所有已知多種致病蛋白錯誤摺疊及異常纖維化的完全抑制，逆轉已纖維化蛋白的錯誤摺疊使其回復正常狀態，實現優異的神經保護特性並具有高度生物安全性。研究手性納米物質在免疫、代謝、內分泌等多種病理生理過程及相關疾病進程中的新機制和新效應。整合具有特殊功能的天然手性藥物及多肽藥物，引入細胞技術和基因技術等前沿生物技術，以發展用於 AD 早期診斷與治療的新型手性納米多靶點藥物，實現AD治療藥物 0 到 1 的突破。
考核指標：（1）建立手性納米多靶點藥物設計體系及批量化製備技術，獲得 2～3 類系列 AD 治療藥物，並能夠在相關動物模型實驗的行為學及病理學研究中取得顯著療效；（2）發現 3～5 種手性納米多靶點藥物的生物醫學新效應，揭示其藥理作用機制，為下一代手性納米多靶點藥物的研發奠定基礎；（3）1～2 種藥物通過臨床實驗評審，成功進入臨床試驗。
21.集成電路設計自動化(EDA)中的創新數學理論和方法
研究內容：針對模擬電路自動化設計中高維、非凸、計算代價昂貴的黑盒函數的優化問題，探索這些函數的結構及其逼近模型構建方法，發展新型全局優化算法；針對集成電路仿真中的結構系統，利用具有規則或近似規則的矩陣結構，發展相關的數學理論、模型降階方法以及基於快速變換的結構化分析方法；針對可製造性設計的光刻熱點分析問題，構建光刻熱點特徵提取方法，發展定製深度神經網絡方法，在保證高精度前提下，提高分析效率；研究三維集成電路熱應力及其可靠性分析的可計算建模，發展三維集成電路熱應力及其可靠性分析的區域分解和多尺度融合的離散格式和異構並行自適應算法。
考核指標：發展基於黑盒函數模型的全局優化理論的高效穩定算法，大幅提升模擬電路自動優化設計效率，算法效率提高3倍以上；發展結構及近似結構問題的數學理論，構建全新快速數值方法，實現集成電路上億階結構化系統的分析，相比現有電路分析工具，能求解問題的規模提高5倍以上，能求解問題的速度提升5倍以上；構建光刻熱點特徵提取方法和定製深度網絡的分類方法，相比傳統卷積神經網絡方法，提升集成電路光刻熱點檢測效率 5 倍以上；發展具有自主智慧財產權熱應力分析工具原型，相比三維集成電路熱應力分析的標準有限元方法提升效率 5 倍以上；相關理論與方法在我國集成電路研究單位或設計企業得到驗證。
22.面向大型客機防除冰設計的多尺度模擬與不確定量化
研究內容：研究高維隨機空間和間斷解的逼近數學理論及高效高維計算與機器學習方法，例如多層蒙特卡洛算法，高維配置點的各項異性稀疏網格方法、特殊不確定形態採樣方法，不確定空間高解析度無震蕩激波捕獲方法。針對貝葉斯推斷意義下不確定性量化反問題及邊值問題最優控制的快速算法。發展針對多尺度熱力學非平衡特徵的多尺度算法。研究大型客機結冰條件對翼型升阻力不確定因素的敏感性，構建冰形不確定性與機翼氣動特性的內在關係。通過不確定量化反問題手段研究在結冰機理試驗室和風洞條件下影響冰形狀的主要因素，這些因素重要性排序以及最優控制問題。
考核指標：發展帶不確定性流體力學方程高維多尺度不確定量化計算方法，並且構造高解析度無震蕩激波捕獲方法。新方法計算效率比現有算法提高一個量級。針對貝葉斯推斷意義下不確定性量化反問題及最優控制問題發展新的快速採樣算法與機器學習方法，比傳統算法計算效率提高一個數量級;發展對動理學和流體力學方程多尺度耦合問題的多尺度多物理，具有漸進保持性質的多層直接模擬蒙託卡羅(MultilevelDSMC)方法，計算效率比傳統 DSMC 算法提高一個數量級。通過理論計算及風洞試驗綜合驗證；基於不確定量化方法的機翼表面防除冰設計使得加熱面積減少 20%。研製的高維不確定量化與機器學習軟體具備解決大型客機機翼防除冰設計，結冰安全評估不確定量化設計和最優控制問題的能力，並被中國商飛用於大型客機機翼防除冰設計。
23.DNA 存儲中的組合方法
研究內容：通過 DNA 存儲技術中的組合方法的研究，開發一套完整的 DNA 存儲適配系統。構建 DNA 編碼的組合模型，研究基於 DNA 分子特性的組合設計理論，在保證存儲效率的前提下提升信息編碼的魯棒性；研究 DNA 合成相關的組合結構及算法，為生化合成技術提供優化模型，提高DNA 分子大規模合成的成功率；開發多類型數據存儲模式；構建 DNA 解碼的組合模型，研究基於組合構造的序列分析和拼接算法，以及 DNA 信息的快速讀取數學模型；研究可解碼的最小數據集等 DNA 存儲的極值問題，揭示各類生化技術的模擬極限；開發完整的 DNA 存儲適配系統。
考核指標：開發一套新型 DNA 編碼算法，實現數據信息到 DNA 的單位編碼效率不小於1.5；開發適用於不少於5種類型數據的 DNA 序列優化轉換算法；開發一套 DNA 存儲糾錯及索引算法，實現數據無損解讀；開發一套完整的 DNA存儲（編碼、合成、解碼）全流程的適配軟體系統和全過程計算機模擬系統，並完成超過 MB 級別信息的全過程編碼、解碼測試。
24.醫學成像中的關鍵數學問題及其產業應用
研究內容：發展應用數學前沿理論，解決醫學領域高端影像科學及其產業化研究中面臨的若干關鍵數學問題，包括：圍繞低劑量 CT 圖像重建、多能譜 CT 圖像重建、磁共振快速成像問題，發展醫學成像過程的精準建模、醫學圖像處理的非凸優化、欠定和病態情況下的超大規模逆問題求解算法等。圍繞醫學圖像判讀問題，發展多模態醫學圖像分析方法，包括結合概率積分幾何與微分幾何的多模態圖像自由形變配準、基於幾何偏微分方程與最優傳輸理論的圖像深度學習定量分析算法等。開發自主可控的國產建模仿真引擎，為成像技術研發中模型和算法的實際驗證提供支撐。
考核指標：為高端醫療成像設備和軟體的國產化提供算法支撐，開發出低劑量 CT 成像算法，滿足診斷效能條件下，輻射劑量降至常規掃描的 1/10 以下；基於光子計數器的高性能多能譜醫學 CT 成像算法，清晰區分骨組織、軟組織、碘溶液等多種物質；心臟等器官的快速磁共振成像算法，三維靜態成像在各向同性亞毫米解析度下，掃描時間小於1.5 分鐘，動態成像空間解析度小於 2×2 毫米，時間解析度小於40毫秒。為複雜疾病的現代診斷和治療技術提供算法支撐，開發出基於最優傳輸理論的圖像深度學習定量分析算法，用於疾病診斷的自動化；複雜曲面共形展開算法，用於直腸癌等疾病的精準篩查；多模態圖像自由形變配準算法，用於腫瘤疾病的精準放療。
25.隱私保護數據處理的數學方法
研究內容：針對雲計算與 5G 通信中保護數據隱私的數據處理問題，研究保密數據和分布式數據的採集、存儲、檢索與機器學習。研究分布式隱私保護數據處理方法，包括：研究安全多方計算實用化方法，設計達到實用級別的保護隱私大數據採集、保密信息提取(PIR)與機器學習方案；設計達到帶寬最優、存儲最小及讀取最優的合作再生碼。研究基於全同態加密的隱私保護數據處理方法，包括：設計基於近似GCD 與 RLWE 的多比特層次型與近似實數運算的全同態加密方案與高效算法；結合計算機代數、自動推理與人工神經元網絡，研究密文數據的檢索與機器學習；研究密文數據的張量分解與流形上的優化算法。研究以上方法在雲計算與5G通信中應用，包括：研究多入多出網絡中使用最少次數公鑰全同態加密的數據隱私保護方法，用於設計響應方密文上的智能推薦方案；研究隱私保護節點實時工作量評估算法，實現具有隱私保護的 5G 網絡傳輸節點智能選擇。
考核指標：構建同時達到最優讀取、最優帶寬、最小存儲的分布式存儲編碼，對比目前微軟、谷歌、華為雲使用的存儲編碼，修復帶寬節約 15%～30%。針對萬人規模的半誠實用戶群，構建分布式梯度下降、數據綜合等背景下數據採集的隱私保護安全協議。構建基於全同態的密文數據機器學習方法，全同態加密算法達到在 128 比特安全性前提下，密文膨脹低於 30倍，單次同態運算比特數超過 100，速度比Helib 提高 10 倍。設計一套多數據模型下輕量級密文域上的計算協議，達到可嚴格證明的 CCA2 安全，比 Brakerski 公鑰全同態加密方案速度提高1～2倍，通信開銷減少 40%～80%。
26.乳腺癌精準醫學中的數學模型與算法研究
研究內容：針對乳腺癌化療耐藥與進展轉移臨床關鍵問題，基於多組學大數據，開發數據處理、刻畫與分析的新模型與新算法，構建調控網絡，預測關鍵通路和基因，解析分子機理，設計個體化的精準診療策略。包括：綜合運用非線性隨機分析、圖論和組合優化；設計組學數據重構高精度算法；研究面向生物網絡的圖模型及其理論，結合多組學數據開發刻畫調控網絡異質性的優化模型及相應的組合優化算法，研究化療耐藥與進展轉移的分子調控機制；挖掘特異性關鍵通路和驅動基因並進行體內體外功能驗證，研究分子機理並探討其臨床意義。最終建立基於多組學數據的數學模型和算法流程，指導個體化診療，推動乳腺癌精準醫學領域的根本性技術變革。
考核指標：針對乳腺癌的化療耐藥與進展轉移中的調控機制研究與信息挖掘問題，構建基於多組學數據的數學理論和算法體系。包括：建立中國人群乳腺癌高精度多組學資料庫；開發精確定量重構組學數據的新型組合優化算法；構建刻畫複雜生物網絡的圖模型及其理論體系；開發基於多組學數據的調控網絡構建與解析算法、癌症關鍵通路和驅動基因預測算法。成果應用於乳腺癌化療耐藥及進展轉移研究，構建乳腺癌耐藥轉移基因調控網絡體系，揭示進展轉移新理論；發現5～7個與化療耐藥與進展轉移相關的特異性新靶點；發現3～5個分子標誌物，實現臨床應用；構建乳腺癌預後模型，指導個體化精準治療。
27.航路規劃大規模複雜動態圖的數學建模及分布式計算
研究內容：在多目標約束條件下，融合確定數學方法、隨機擾動和分支擾動處理方法建立如下四個模型，並對其進行分析：隨機擾動和分支擾動下的大規模局部動態圖的建模與分析，飛機飛行在航路曲面上動力學行為的建模與分析，飛機飛行中的隨機擾動和分支擾動行為的建模與分析，數據－規則雙驅動的航路規劃模型;研究基於航路點和高度的三維大規模航路圖的結構分析，航路複雜網絡的優化和動態圖的並行計算；基於 E 級高性能計算系統的隨機擾動和分支擾動下的大規模局部動態圖的分布式計算。
考核指標：建立具有隨機擾動和分支擾動的航路規劃局部動態圖模型、動力學模型、隨機行為模型、數據-規則雙驅動模型：圖節點數大於 60 億，邊數大於 400 億，動力學因素不低於 11 個（氣溫、壓、密度，風速、向，坐標，飛機性能等），隨機性因素不低於 7 個（航路天氣，雲層，起飛、目標、備降機場狀態，航空管制，突發事件等）；實現隨機擾動和分支擾動下的大規模局部動態圖的最短路、連通分支、圖劃分、基於點和邊聚類算法的可行的並行算法；實現基於E級的隨機擾動和分支擾動下局部動態圖的分布式計算，節點不低於 10000 個，峰值不低於 50PFlops，支撐千億級節點圖的高性能分析；實現上述模型在千億級節點、7種以上機型的動態航路規劃驗證。
28.固液耦合超滑新體系及作用機制
闡明固液耦合的超滑新原理，揭示超滑界面的形成、演化以及固液耦合作用機制，構建固液耦合超滑新體系（接觸壓力大於 1GPa，摩擦係數小於 0.005），研製新潤滑系統及使用固液耦合超滑技術的工程裝備樣機（例如但不限於高鐵齒輪箱或空天用機械裝備等，摩擦係數降低 30%，工作溫度不超過 80℃）。
29.航空發動機葉片和軸承超極限性能複合場製造新技術
建立航空發動機葉片和軸承超極限性能複合場製造的新原理與方法，複合場製造裝備的設計方法和製造技術。研製航空發動機葉片和軸承的複合場製造裝備樣機，形成葉片和軸承的無損檢測評價規範。航發葉片疲勞極限提高 25%～30%，服役壽命提高2～3 倍；航發軸承疲勞極限提高20%～25%，服役壽命提高1～2 倍。
30.運載火箭大型加筋筒殼整體成形技術
形成高性能、短流程的航天超強鋁合金大型加筋筒殼結構整體成形新原理與方法，研製出大型加筋筒殼整體成形裝備樣機，成形出基於超強鋁合金（抗拉強度≥600MPa，延伸率≥6%）的工程樣件。
31.仿生微納自主導航系統研究
闡明仿生自主導航機理，建立導航敏感器件跨尺度光學設計方法，形成仿生納米器件跨尺度宏微異質結構集成製造方法，研製出仿生自主導航系統，實現在飛行器（例如但不限於無人機等）應用的無衛自主導航，導航系統整體體積小於 0.5L，重量小於 1Kg，測向無累積誤差且精度優於±0.01°，姿態精度優於±0.05°，數據更新率高於 200Hz，啟動時長＜5s。
32.敏捷現場可編程器件技術
面向雲計算、移動通信、人工智慧等領域對高密度數據處理及產品快速構建定型需求，探索新型敏捷現場可編程器件技術，突破傳統現場可編程器件（FPGA）計算效率低、能量效率低、承載容量受限、成本高等難題。
33.面向機器通信的新型網絡體系架構與可信交互協議
針對工業網際網路等急需的安全、可靠、確定時序等通信需求，變革傳統面向人的網絡架構與協議設計方法，探索麵向機器的感—傳—算—用一體化新型網絡架構，發展兼容多種能力差異機器的靈活適配、可信交互協議。
34.具有開放擴展架構的模塊化移動終端技術
針對傳統移動終端更新換代導致的資源浪費，研究可持續演進的模塊化終端新形態，通過軟體、模塊升級與按需組合，支持多頻段、多體制無線接入，實現終端由封閉向開放擴展架構的轉變。
35.適應新型信息服務的未來網絡架構
針對現有網絡架構支持新型服務時網絡效率低下的難題，研究可按業務需求、綜合調配資源的未來網絡架構新體系，高效支持多樣化信息服務發展，同時具備對各類惡意攻擊的高安全免疫能力。
36.高效晶片熱管理控溫方法和系統研究
設計開發針對高性能晶片定點熱管理的高效控溫系統。製冷能效比（COP）>10 和比冷卻功率>4W/g，器件熱通量大於 60mW/cm2；控溫穩定，溫度波動小於 0.5℃；可持續控溫。
37. 大推力、增強型別費爾德—布朗效應
（Biefeld-BrownEffect）離子發動機利用改進型別費爾德—布朗效應，研究和開發不消耗自身工質的大推力離子發動機。臨近空間真空環境中，推力達2kgf 以上；在≥20kV 高壓加載下，供給電流達到 500mA 以上穩定運行。
38.柔性智能壓電複合材料器件
研發同時具有大應變響應和大驅動力輸出的柔性智能壓電複合材料器件；研究結構—功能一體化，傳感—驅動一體化柔性壓電材料器件的新結構設計及性能測試方法，解析此類器件在空間環境中的使役行為及失效機制；發展基於柔性壓電複合材料器件的大型太空飛行器結構智能控制新方法。
39.飛秒光場調控制備新型柔性電子材料及器件
研究飛秒雷射強場作用下的化學反應與組裝的熱力學基礎與動力學路徑；研究飛秒雷射誘導材料相變、晶體生長、異質界面化學鍵嫁接、分子偶極序構的調控機制；研發飛秒雷射調控制備新型柔性電子材料及集成器件的新技術。
40.頁巖儲層甲烷原位燃爆壓裂理論與技術
研究井下溫壓條件下甲烷與助燃劑的燃爆特性，構建助燃劑安全投放與協同控制機制；探索甲烷原位燃爆壓裂對井筒完整性的影響規律，建立頁巖儲層甲烷原位燃爆壓裂控制機制；研究儲層中甲烷燃爆衝擊作用規律，揭示燃爆壓裂人工縫網形成機理，評價其自支撐裂縫導流能力；研究甲烷燃爆壓裂儲層適應性，建立頁巖儲層甲烷原位燃爆壓裂參數優化設計與綜合評價方法。初步構建頁巖儲層甲烷原位燃爆壓裂理論與技術。
41.高通量培養篩選鑑定健康相關微生物的關鍵技術
面向國家重大需求，有機結合生命科學、醫學、大數據計算等前沿交叉領域，瞄準目前制約我國微生物組研究的技術瓶頸，針對性解決以下關鍵技術：（1）建立健康微生物菌自動分離培養及性狀分析平臺，揭示「微生物—代謝—免疫」軸的微觀機理；（2）建立培養組學、蛋白組學、宏基因組學、代謝組學技術的大數據網絡，掌握多組學大數據云技術的方法，建立人工智慧算法，揭示疾病與健康相關的微生物組特徵及代謝、免疫特徵；（3）建成中國健康微生物庫；基於自主研發的生信雲計算，突破微生物組研究關鍵技術，建立中國人群微生物組的健康大資料庫。
42.朗蘭茲對應及相關問題
面向基礎數學核心領域朗蘭茲綱領，圍繞朗蘭茲對應等重要數學前沿問題開展研究。研究志村簇幾何結構的精細刻畫，並用它刻畫朗蘭茲對應的性質；研究 BSD 猜想以及與之緊密相關的 GL(n)的 Iwasawa 理論；研究 L-函數的算術理論、Deligne 關於 L-函數特殊值的猜想、高階 p-進 L-函數的構造及其基本性質；研究典型李群不可約酉表示的構造和分類，完 整 刻 畫 其 中 最 基 本 的 么 冪 表 示 ；研 究 高 維 基 底 的Lefschetz-Verdier 跡公式和上同調對應特殊化理論，並用它研究朗蘭茲綱領中的巡遊函子。
43.隨機分析的基礎理論研究
研究SLE理論與隨機量子化方程的正則性結構理論，研究量子規範場存在性及其質量間隙問題以及其他與統計物理和量子物理中臨界相變和模型普適性密切相關的重要數學問題；研究無窮維隨機微分幾何與 Malliavin 分析理論，研究路徑空間、環路空間和其他重要映射流形上基本的無窮維幾何與分析問題；研究隨機微分方程與隨機偏微分方程理論、現代鞅論與擬正則狄氏型理論以及量子系統的量子概率與資訊理論結構刻畫理論；以隨機分析為工具，研究現代人工智慧中深度網絡的可解釋性與算法收斂性、現代金融中信用風險度量及量子信息中量子測量與量子退相干等關鍵理論問題。
44.幾何分析和低維拓撲中的若干問題
圍繞復幾何中曲率方程的奇異結構、黎曼幾何中的數量曲率和低維流形，研究相關的幾何和拓撲問題。用幾何分析方法分類 Kahler-Ricci 流產生的奇點，並研究其奇點分類與代數幾何中 flip 變換的聯繫；研究一些新曲率方程及其奇點結構；研究微分流形上正數量曲率的黎曼度量與流形拓撲結構以及廣義相對論中的能量問題之間的關係；研究低維拓撲領域中核心問題，包括四維辛流形的分類，三維流形的表示體積和 Thurston 問題等。
45.隨機數學及數學與物理的交叉研究
研究針對統計物理中的相變現象、無窮粒子系統、遍歷性與穩定速度的數學方法和工具。研究連續時空隨機系統、分枝系統與過程、隨機環境與移民機制、隨機能量模型、隨機樹與圖、弱距離正則有向圖等的數學結構或表示；研究算子在函數空間上的有界性、特徵值估計與隨機穩定性、幾何物理方程解的正則性和爆破行為、能量和最大模估計等；研究隨機系統的動力學行為與特性、結構種群系統的全局 Hopf分支問題、多尺度物理過程的計算問題等。
46.量子場論與引力的數學前沿及其應用
面向基礎數學與量子物理交叉核心問題和重大發展需求，探索和發展與量子場論和引力相關的基礎理論及其應用。研究現代理論物理中量子場論方法的數學基礎和數學結構，建立其與微分方程、幾何拓撲和代數等領域的廣泛聯繫；研究引力的經典動力學和奇點理論，探索在其他非線性問題如流體上的應用；研究量子引力和全息原理的數學機制，發展其在凝聚態、量子信息等相關領域中的應用；研究黑洞的全息對偶理論及其在宇宙學和天文觀測等領域中的應用；研究拓撲量子場論的數學方法及其在凝聚態和材料科學等領域中的應用。
47.叢上的幾何與分析
研究復幾何技術和 p 進位代數的融合，研究 P 進位上的Kodaira-Spencer-Kuranishi 理論，研究 P 進位框架下的穩定性條件，發展新的 p 進位幾何分析，以此為基礎研究 Hodge 猜想。研究 Monge-Ampère 方程、Yang-Mills 方程、極小曲面方程等方程解的存在性、正則性及緊性；研究平均曲率流、Yang-Mills 流等幾何發展方程的存在性及收斂性；研究這些幾何中非線性偏微分方程解的奇點性質；研究這些結果的幾何應用。
48.代數簇的模空間及子空間
圍繞雙有理幾何、鏡面對稱和代數簇的模空間方面若干重要前沿問題，包括 Hodge 猜想、Tate 猜想、Abundance 猜想等開展研究。研究法諾簇、卡拉比-丘簇和一般型簇的有界性問題和高維簇的雙有理分類問題；研究正特徵極小模型理論和一般消滅理論；研究卡拉比-丘流形的 BCOV 猜想；研究高維簇模空間的緊化理論，包括存在性和射影性問題等；研究法諾簇的 K-穩定性問題；研究模空間上的周環和拓撲問題。
49.哈密頓系統的理論及應用
發展周期軌道的迭代理論，與Maslov型指標迭代理論、Floer 同調、辛場論和切觸場論相結合研究切觸流形上Reeb向量場的周期軌道、Hamilton 系統的周期解、流形上閉測地線以及天體力學中多體問題的周期解的存在性、多重性與穩定性；研究周期解軌道與流形整體性質間的內在聯繫及其定量刻畫；發展線性 Hamilton 系統的可約性理論，並用於研究算子譜理論，無窮維 Hamilton 系統以及薛丁格方程的局域化理論；探索產生譜隙和局域化的機制；將發展出的理論和方法用於非線性分析，動力系統，辛幾何和數學物理中其它相關問題的研究。
（來源：科技部）