2025十大前沿科学问题、工程技术难题和产业技术问题发布！

流形的分类问题是数学研究领域的一个核心问题，长期以来也是基础数学研究的驱动力。流形是我们一般空间的数学表述，如球面，环面等。它在局部上类似于欧几里得空间，在数学、物理、工程学等领域都有广泛应用。研究流形的拓扑和几何分类问题意味对不同类型的空间进行全面、系统的了解，理解其内在结构和性质。这类问题的任何重要进展不仅可以为物理学中的广义相对论、量子力学等理论，以及其他科学分支提供新的数学基础，深化我们对空间、物质结构等的深入理解，也可为数学中的拓扑学、几何学，以及其他重要问题提供新的视角和工具。

CEPC（环形正负电子对撞机）项目瞄准标准模型的核心，对质量起源以及超出标准模型的新物理信号进行高精度、多方位的探索。CEPC建成后，将无可争议地成为国际高能粒子物理实验的最前沿阵地，很有可能取得国际瞩目的重大突破。CEPC及其升级项目将在半个世纪的时间尺度上，使我国在高能物理实验领域处于世界领跑者地位。

CEPC对技术发展将起到不可估量的引领和推动作用。CEPC将在低温、超导、高频、微波功率源、电子学与自动控制等一批关键技术领域大幅提升自主创新能力，对工艺新技术的发展、大规模工业制造将起到巨大的推动作用。

CEPC也将给我们带来一个国际化的科研中心，会对我国的科技体制改革、创新能力的提高以及人才培养等产生重大影响，会提高我们作为一个大国的硬实力、软实力和国际地位。

准金属替代过渡金属实现精准化学合成，将重塑科学认知边界，打破传统过渡金属催化的思维定式，开辟化学合成新理论与方法体系。社会层面，它驱动绿色化学发展，降低环境污染与资源依赖。科技上，带动多学科交叉创新；经济上，大幅削减生产成本，催生新兴产业，创造巨大经济价值。这一突破将推动药物研发、材料革新，改善医疗与生活质量，助力可持续发展，对推动科学进步与社会发展具有里程碑意义，引领化学合成迈向更高效、绿色、智能的新时代。

台风生成及生成之后的强度、结构和路径之间的相互作用机制是台风研究的热点，也是全球台风研究和预报长期存在的难点和挑战。本问题突破后，科学上将深化对台风生成、台风强度、结构变化和异常路径的多尺度物理机制的理解，建立台风预报的理论及方法；技术上将提高台风异常路径的预报能力，改进台风强度变化的预测准确度，强化台风精细结构的预报水平，提升气候变化背景下台风活动的预测能力。这些突破将提高全球沿海和内陆地区应对台风灾害的能力，支撑我国防灾减灾的重大需求和应对气候变化的战略部署，对提升海洋极端灾害的预警能力，保障我国远洋航运贸易及海洋国防安全具有重要意义。

宏观生态系统空间格局形成机理与系统间相互作用机制的理论研究，有助于准确理解生态空间结构的区域性、完整性、连续性和层级性特征；科学建立生态空间退化格局识别、生态状况动态与风险预警、生态多功能性权衡协调、多目标协同的时空耦合范式；有效解决区域生态多目标统筹、可持续性、多尺度级联、生态功能与空间布局优化的技术难题，是建立全域生态空间结构调整和空间布局优化系统解决方案，保护重要生态空间及促进区域可持续发展的重要基础。

人工智能领域面临统筹发展和安全的难题。2025年4月25日，习近平总书记在中共中央政治局第二十次集体学习时指出“确保人工智能安全、可靠、可控”。基于密码学的人工智能安全新理论不仅解决人工智能安全的数学可解释性，实现人工智能安全体系化测评与评估，而且推动人工智能安全从经验性防御向数学可验证安全范式跃迁，实现人工智能高安全水平下的高质量发展。

该问题的突破将在科学层面构建可逆、可重构的组装体系，从“分子合成导向”转向“功能组装导向”，形成超分子机器专用表征体系；在技术革新层面，微/纳机器人的集群行为控制为分子机器提供设计范式，使得超分子机器有望成为继芯片、人工智能后的下一代技术制高点，推动社会向智能化、可持续化方向深度转型。

哈勃常数危机的解决与暗能量动力学本质的揭示，必将引发对宇宙起源、演化以及基础物理定律的全新认知与深入反思，有望在物理学与天文学交叉领域催生突破性理论变革，重塑科学范式。推动该问题的研究突破将带动我国大规模巡天望远镜技术、精密测量仪器与高性能计算平台的自主创新发展，极大提升基础科学研究能力，并显著促进相关技术在遥感测绘、精密光学制造、数据科学等关键产业领域的广泛应用，产生可观的经济社会效益。

野生近缘种在改良栽培种抗逆性方面的成功利用，将显著推动对作物进化、基因功能与复杂性状调控机制的科学认知，深化对自然选择与驯化过程的理解。在实践层面，这将提升作物在逆境条件下的稳定性与产量，为应对气候变化、保障粮食安全提供核心科技支撑。经济上，可减少农药、灌溉等投入，降低生产成本，提高农业效益。社会上，有助于推动绿色农业发展、改善生态环境、促进可持续农业转型，提升国家在全球农业科技领域的话语权，具有深远的科技、经济和社会影响。

人体微生态与宿主的交互调控研究正在重塑生命科学的基础认知框架。这一领域揭示了生物体与共生微生物之间复杂的协同进化关系，为理解生命系统的组织原则提供了全新视角。研究发现，宿主与微生物群落通过多层次的分子对话形成动态平衡网络，这种跨物种互作机制展现了生命调控的复杂性和精巧性。在基础理论层面，该研究不仅拓展了传统生理学的认知边界，更推动了系统生物学、进化生物学等基础学科的发展。社会效益上，基于微生物组的个体化营养干预和精准治疗策略可显著降低慢性病医疗负担，提升公共卫生防控水平，为应对全球性健康挑战提供创新解决方案。

中国基础工业软件的技术突破和国际领先依赖于数学理论的原始创新和引领，亟需系统性、前瞻性的全面研究布局。我国的CAD-CAE-CAM软件的发展正面临一个绝佳的追赶国外工业软件的机遇，这源于国际主流工业软件在传统几何表示和仿真中面临的若干痛点问题。国际上CAD软件几何内核成型于上世纪七、八十年代，整个CAD系统也发展得十分复杂庞大，无法对底层数据结构与内核进行替换，因此也无法解决这些痛点问题。在整个国际的设计研发类软件面临更新换代的历史节点上，通过解决这些痛点问题，研发下一代CAD/CAE一体化几何内核，结合中国智能制造高速发展的现状，实现对国外软件的“弯道超车”完全有可能。

我国在国际海底区域已拥有多金属结核勘探合同区，但商业开采面临《国际海底规章》严苛环保要求。美、日等国已试验沉积物抑制技术（如日本“机械臂+负压抽吸”方案），而我国采集装备仍处于原型机阶段。突破可靠性与环境扰动抑制技术，可保障我国在深海采矿工程领域的国际话语权，支撑“十五五”深海资源开发重大专项实施。

区域多水源协同利用与治理技术是破解水资源短缺与水环境风险并存的关键工程技术。当前，地表水、地下水、再生水、外调水、海水等多水源系统存在“各自为政”的管理弊端，导致资源浪费、生态失衡与安全隐患。研发该技术可突破多水源耦合机理与协同调控瓶颈，实现水资源利用、水环境治理、水生态修复与水安全保障的“四水统筹”，支撑京津冀、粤港澳等水资源矛盾突出区域的可持续发展。其成功将提升水资源利用效率，降低污染治理成本，增强区域水系统韧性，为生态恢复与经济发展协同提供技术路径，是实现“美丽中国”和“双碳”目标的核心支撑，兼具生态效益、经济效益与战略意义。

智简网络确立了“智慧内生、原生简约”的演进方向，不仅是6G突破容量、能效、场景适配瓶颈的“技术引擎”，更将推动通信系统从“被动传输管道”进化为“主动智能载体”，为千行百业数字化转型提供泛在赋能。为支撑我国构建智能通信基础设施体系、赋能经济产业转型升级，亟需实现关键核心技术和产业共性技术突破，掌控通信关键技术及产业发展话语权，提升我国在信息通信领域的综合竞争力。

该问题的攻关在技术革新层面，为类器官构建开辟新路径，可精准解析生理功能或疾病发生发展的分子机制，并为生物药物的高通量筛选提供标准化模型；同时为器官再生与功能修复提供革新性技术框架，通过体外仿生重构突破原位器官移植的供体稀缺瓶颈，为终末期器官衰竭患者创造替代性治疗方案，生物制造复杂器官有望彻底改变再生医学、疾病研究与药物开发的格局。

煤炭与共伴生能源资源是经济社会发展的重要支撑，铝土矿、铀矿、锗等典型煤系共伴生矿产储量占全国总储量比例高于50%，部分矿产价值更是高于煤本身。煤炭与共伴生能源资源一体化开发是新时期提高能源资源开发利用效率、加快发展方式绿色转型、保障国家能源资源安全的必然要求。构建煤炭与共伴生能源资源一体化开发技术体系，形成一体化绿色开发典型示范工程，实现各类能源资源综合高效、绿色低碳、集约开发，经济和社会效益巨大。

碳捕集与封存技术是化石燃料低碳利用的技术支撑。通过新一代碳捕集技术的开发，未来有望突破新型碳捕集材料、高效碳捕集设备、工艺与系统的集成控制策略等关键技术难题，实现捕集能耗和捕集成本的进一步降低，从而推动技术成果产业化，促进煤电行业低碳转型发展，丰富我国碳中和技术体系。该技术有望推广至发电行业及其他工业烟气碳捕集领域，减少电厂和工业CO2排放量，为实现化石能源低碳排放提供可行的技术途径和先进的技术装备。低成本长期安全碳封存技术是减少温室气体排放、缓解气候变化的关键手段。通过技术创新和规模化应用，可以降低碳减排单位的封存与监测成本，提高经济可行性。此外，长期安全封存技术的应用能够减少CO2泄漏风险，保护生态环境和公众健康。掌握该技术的国家将在全球气候治理和绿色技术竞争中占据优势地位，为全球可持续发展提供重要支撑。

随着我国大飞机的规模化运营、先进战机不断取得跨代突破、高超声速飞机领先发展，国家正加快开展多类型先进飞机平台的研制工作，布局了相应的重大工程规划。机载能源与热管理直接决定了飞机任务能力上限，已成为飞机平台性能提升的关键瓶颈，技术突破的重要性与紧迫性日益凸显。大力发展机载系统能量综合与智能管理技术，对于提升飞行器总体性能、强化关键技术与元部件自主可控、补足现有短板、推动航空航天各学科交叉发展具有重要意义。

传统食品原料与功能配料的生产方式在环境友好、资源节约、健康效应、供给保障等方面已难满足人民需求，可持续性面临挑战，必须采用变革性方式，拓展食品原料与功能配料的获取途径。生物制造作为未来制造业关键力量，具备资源节约、低碳环保、生产效率高等优势，能突破传统生产方法的限制，具备解决传统食品制造问题的工业基础与技术特质，对加快发展新质生产力、保障国家粮食安全、落实“大食物观”意义重大。

构建基于临床多组学队列的数据驱动新药研发体系，突破传统药物研发技术瓶颈，将新药靶点从发现到药物上市的时间从传统模式的近20年缩短到3-7年。形成自主知识产权的技术体系，推动我国精准医学和新药研发科技水平达到国际领先，减少进口依赖，满足巨大临床需求，形成数百亿元的脑血管病新药市场，助力生物医药产业高质量发展，为健康中国战略提供有力支撑。研究成果也将显著降低患者复发率和致残率，每年减轻近十亿元国家和社会医疗负担，为健康中国战略提供有力支撑。

国内海水淡化单机装置规模突破万吨级，掌握了10万吨/日反渗透海水淡化工程集成技术，并已研制出具有自主知识产权的海水淡化膜材料及组器和高压泵、能量回收装置等海水淡化工程关键配套设备，吨水平均电耗及直接运行成本均已达到国际先进同等水平，但万吨级、十万吨级以上的海水淡化工程对于国外设备技术的依赖仍较强。整体而言，当前我国海水淡化工程技术水平已与世界先进水平同步，但在关键材料、部件和装备等设计开发和高端产品量化制造方面，仍处于起步阶段，急需加快发展。

由于超超临界汽轮机技术广泛的工业应用价值和军事应用价值，国外的公司对苛刻环境下汽轮机零部件的表面防护技术进行了严密的技术封锁。本问题的解决能够为我国汽轮机在超超临界的恶劣环境下提供实践指导，进一步扩大超超临界汽轮机技术的工程应用范围，对突破国外技术封锁、实现我国自主的超超临界汽轮机技术、提升汽轮机零部件的稳定性和服役寿命以及加快国家绿色经济发展具有重要的战略意义。

面向深空资源开发的自主采矿技术作为支撑未来星际资源利用与深空基地建设的核心技术，其突破将带动多领域深层次变革。在科学层面，该研究将推动地外智能采矿机制、多源感知融合与微重力下资源分离等关键科学问题的深入探索，拓展人类对小天体物质组成与演化规律的认知。在技术层面，将催生新型采矿机器人、抗极端环境作业系统、智能自主决策算法等关键装备与系统，广泛赋能极端环境下的地球工程实践。在经济层面，有望显著降低深空任务资源运输成本，推动月球水冰、贵金属、稀土和氦-3等资源的规模化开发，激发太空经济新业态。在社会层面，将加速人类由地球文明向“多星球文明”跃迁，增强国际深空合作广度与深度，激励公众与青年群体投身航天事业，为未来社会发展注入战略性科技动能。

研究聚焦智能无人系统工程化应用的核心痛点，致力于构建覆盖设计验证、集成测试、场景部署的全周期自主能力测试评估体系。通过建立标准化评估范式与量化技术指标，解决产业界在智能无人系统研发中面临的测试技术滞后于智能化演进的双重瓶颈：既突破传统测试方法对复杂决策逻辑、集群涌现行为的评估能力局限，又构建适配人工智能算法特性的工业级测试技术框架。目标形成可支撑产品化迭代的工程化评估工具链，为无人系统智能化发展提供从技术研发到产业落地的全流程量化支撑。

光I/O技术是对于现有计算体系和芯片间通讯协议的重构，是该领域的变革性技术。我国尚没有在该技术方向上以整体系统实现为目标进行科研项目立项。提出并研究以实际应用为导向的光I/O技术不仅符合光电产业自身的发展规律，也能够为我国在高端芯片产业上形成技术突破提供有力的技术支撑。

该问题的突破将在产业技术层面，聚焦于突破细胞代谢障碍与微环境适配性，当前进展以代谢干预和干细胞技术为主，未来需通过跨学科创新与精准设计实现临床转化，助力应对老龄化社会的健康挑战。抗衰老材料有望催生千亿级市场，涵盖再生医学器械（如人工骨膜）、医美填充剂及功能食品等领域。

一是有利于加快构建新型电力系统、推动能源绿色低碳转型。依托大电网、构建大市场，通过加快建立适应新型电力系统运行特点的市场机制，统筹利用电网供需两侧调节资源、深度挖掘消纳空间，能为实现清洁能源高效利用提供制度保障。

二是有利于支撑构建新发展格局，实现大范围生产要素畅通流动。通过充分发挥电力市场机制，构建全国统一电力市场，有助于破除地方保护和市场分割，充分释放超大规模市场潜力，实现电力资源在全国更大范围内共享互济和优化配置，为构建新发展格局提供重要的能源支撑。

三是有利于保障能源和电网安全。通过竞争机制促进清洁能源的开发利用和传统能源的节能减排，增强了能源供应的多样性和灵活性；通过建立完善的市场机制和价格手段，充分反映新型电力系统下各类资源的多元价值，有效引导电源、电网的合理规划，为电力系统提供长期的充裕性支撑，通过价格信号充分调动各类可调节资源，提升电网调节能力，有效平衡供需矛盾，为能源和电网安全提供了多维度、深层次的保障。

航天遥感大模型等卫星遥感数据智能处理技术的发展，让数字地球与现实世界的交融变得更为灵动智慧，其通用化感知信息提取、表达、融合、交互与生成能力如何颠覆传统卫星遥感产品生产与应用服务模式，从而促进海量卫星遥感数据高效高质量规模化应用，是当前卫星遥感数据产业化应用面临的技术难题。其规模化应用对于航天遥感新质生产力打造、天地一体化信息全时全域全息服务能力构建以及航天产业智能化升级具有重要意义。

航天遥感大模型等卫星遥感数据智能处理技术的突破，将极大程度地缩短遥感信息获取周期，显著提升自然资源监测、生态环境保护、应急救灾响应、地理信息更新、精细农业管理、智慧城市建设等行业卫星遥感数据业务化应用能力和智能化服务水平。同时，也有望大幅缩短大众用户获取遥感信息的链条，促进遥感技术应用的变革，催生新遥感应用场景的生成。

基于合成生物学、AI算法和纳米技术，构建“精准设计-高效递送-智能响应”的新一代植物病虫害生物疫苗技术体系，将推动植物免疫学与微生物组学的深度融合，揭示植物-微生物互作的新机制，颠覆传统“病原-宿主”对抗模式，实现疫苗的环境响应式释放，使田间稳定性提升3倍，推动基础科学从“病原防控”向“植物健康管理”范式转型。该技术的突破，将进一步推动全球粮食安全水平显著提升，植物生物疫苗可降低作物损失率20%-40%，相当于每年减少1400万吨粮食损失。通过采用植物疫苗大幅度提升种植户农民成本与收益比，预计通过增产降本增效增加收入1000元/亩；生态方面，农药减量使用可减少60%土壤污染，保护传粉昆虫等非靶标生物。公共健康层面，农产品农药残留降低80%，直接减少人类暴露风险，每年可避免约200万例农药中毒事件。

突破卒中脑功能评估与BCI闭环干预的核心技术，对脑科学领域意义重大。首先，在脑科学认知方面，该工作将深入揭示卒中后脑网络重塑和可塑性机制，丰富对脑功能重构与学习的理论认识。其次，在卒中领域，若能实现对患者脑功能状态的精准量化及基于此的个性化闭环干预，将显著提升康复效率和效果，减少残疾率并改善患者生活质量。再次，从产业和技术层面看，该研究将推动脑机接口、智能康复机器人、可穿戴监测等产业发展，催生新技术和产品，带来可观的经济效益。该项目一旦成功，将产生重要的科技和社会效益，为脑机接口技术产业化与智能康复提供有力支撑。