“原子级制造”：中美科技竞争最核心、最前沿的战场

2025-07-03 10:38科技之最

一场决定21世纪全球技术、经济乃至安全格局的终极竞赛，正在原子尺度上悄无声息地展开。这便是“原子级制造”（Atomic-Level Manufacturing, ALM）——一种允许人类以单个原子为单位，精确构建和操控物质的颠覆性生产范式。这并非遥远的科幻小说情节，其部分技术已然商业化，并成为中美科技竞争最核心、最前沿的战场。

一份深入的战略分析报告揭示，这场竞赛并非一场对称的、面对面的赛跑，而是一场深刻的“非对称”博弈。中国正通过其强大的国家主导产业政策和对研发的巨额投入，在商业上可行的原子级制造基础技术领域（如先进材料、催化、原子层沉积）迅速建立主导地位，采取一种“农村包围城市”的战略。而以美国为首的西方国家，则更专注于高风险、高回报的“登月”项目，如可扩展的量子计算机。这场非对称竞赛的结局，将不仅决定谁能掌控下一代工业的命脉，更将重新定义全球的权力平衡。

两种路径，一场竞赛：中国的“产业合围”与美国的“技术奇点”

要理解这场竞赛的本质，首先必须厘清“原子级制造”的两个层面。其一，是广义的“原子及近原子尺度制造”（ACSM），它涵盖了所有在原子层面进行材料增、减、改性的现实技术，是当前产业竞争的焦点。其二，是代表终极目标的“原子级精确制造”（APM），即理论上能够将每一个原子都分毫不差地放置在预定位置，从而创造出无缺陷的完美产品。前者是通往未来的现实路径，后者则是这条路径的终极目的地。

中国的战略，可以被理解为一种“产业合围”。其核心逻辑是，率先掌握并主导构成未来技术基石的、商业上已成熟的ACSM技术。澳大利亚战略政策研究所（ASPI）的追踪报告显示，在64项关键技术中，中国在57项的高影响力研究产出上处于领先，其中许多都是原子级制造的基础。例如，在先进催化剂和材料科学领域，以中国科学院为代表的研究机构已是全球的领导者。在作为下一代半导体基石的原子层沉积（ALD）技术上，中国已是全球最大的市场，并拥有了像江苏先导这样的重要设备制造商。通过在这些“基础”领域建立起强大的、能自我造血的工业和经济实力，中国正为其在更长远的APM竞赛中积蓄力量、资金和专业知识。这种叙事，通过高调宣传南京大学原子制造研究院等项目，成功地向世界投射出一个在未来制造范式中必将领先的形象，从而吸引全球的人才与资本。

相比之下，美国的战略则更像是一系列高风险、高回报的“技术奇点”豪赌。其优势集中在最具前瞻性的APM应用领域。例如，在利用扫描隧道显微镜（STM）光刻技术制造量子计算原型器件方面，美国私营企业Zyvex Labs是无可争议的商业先驱。谷歌、IBM等科技巨头，以及由政府、产业和学术界组成的量子经济发展联盟（QED-C），共同推动着美国在这一“皇冠上的明珠”领域保持研发领先。

这种战略姿态的差异，构成了一种深刻的战略风险：即在美国的“登月计划”成功之前，中国可能已经通过占领整个基础产业生态，赢得了整场战争。届时，西方的创新者即便取得了颠覆性突破，也可能发现自己缺乏将其商业化所需的供应链、工业基础和市场渠道，最终被扼杀在“从实验室到工厂”的死亡之谷中。

技术的工具箱：解构原子级制造的核心武器库

这场非对称竞赛的背后，是双方在不同“武器”上的布局与专长。原子级制造并非单一技术，而是一个包含了多种核心方法的“技术工具箱”。

原子层沉积（ALD）——万亿美元产业的基石：这是目前最成熟、商业化最成功的原子级制造技术。它通过精确控制化学反应，一次只在物体表面生长一个原子层厚度的薄膜。这项技术已是半导体工业制造先进制程芯片不可或缺的基石，其市场规模预计到2030年将达到百亿美元级别。它堪称原子级制造领域的“常规武器”，而中国正力图在这一领域建立从市场到设备的全面优势。扫描探针显微镜（STM）光刻——量子时代的“原子雕刻刀”：这是实现终极精度APM的代表性技术。科学家可以利用STM的针尖，像“镊子”一样移动单个原子，或像“刻刀”一样移除单个原子，从而在硅基板上“绘制”出量子计算机核心部件——量子比特的电路。这是美国“技术奇点”战略的核心武器，其目标是直接攻克最具变革性的应用。单原子催化（SAC）——绿色***的引擎：这项由中国科学家在2011年首创的技术，旨在将催化剂的活性提升至理论极限。通过将单个金属原子固定在载体上，它可以极大地提升化学反应的效率和选择性，在绿色制氢、二氧化碳转化、污染控制等领域具有巨大潜力。这是中国在基础研究领域取得源头创新，并迅速向产业应用转化的典范。DNA折纸术——源于自然的自下而上构建法：这种技术利用DNA链的自识别和自组装特性，使其像折纸一样，自动折叠成预先设计好的二维或三维纳米结构。它在靶向药物递送、生物传感等精准医疗领域展现出巨大潜力，代表了原子级制造与生命科学融合的前沿方向。

终局的展望：当“彻底富足”遭遇“完美武器”

原子级制造的终极前景，充满了乌托邦式的诱惑与反乌托邦式的风险。一方面，它承诺了一个“彻底富足”（Radical Abundance）的未来，届时物质生产的成本可能趋近于零，人类或将告别稀缺。但另一方面，这种能够随心所欲创造物质的“上帝”之力，也具有深刻的“双重用途”属性，它可能被用于制造无法追踪的、前所未见的完美武器或增强型病原体。

这场围绕原子霸权的竞赛，其结局将是深远的。如果中国的“产业合围”战略成功，它将不仅获得经济上的巨大优势，更将控制未来几乎所有高科技产业的制造根基，形成一种新的、更深层次的技术依赖。而如果美国的“技术奇点”率先突破，但届时已失去将其规模化的工业能力，那么这场胜利的果实也将大打折扣。

面对这一严峻的非对称挑战，西方决策者和产业界正在重新审视其战略。近期纷纷出台的《芯片法案》等产业政策，本身就是对过去纯粹市场驱动模式在面对国家级竞争时脆弱性的一种承认。分析报告建议，西方世界必须采取一种更为整合的、同样“交错”的战略来应对：既要通过产业政策，确保当前成熟的原子级制造技术（如ALD设备）供应链的安全，建立自身的工业基础；又要继续加大投入，通过公私合作和国际联盟，巩固其在高风险、前沿APM领域的创新优势。

这场在原子尺度上展开的“新冷战”，没有硝烟，却关乎国运。它在考验一个国家科技实力的同时，更在考验其战略远见、产业政策的智慧以及动员和整合资源的能力。在这场马拉松式的竞赛中，谁能更好地驾驭从现实到未来的“交错式***”，谁就将掌握开启下一个时代大门的钥匙。