原子级制造被国家划定为重点未来产业，可夯实工业基础、破解各类技术“卡脖子”难题，当下各国同步研发激烈角逐。我国现阶段原子级制造存在技术路径不清、科研产业化受阻、金融支撑薄弱三大难题，需统筹自主科研攻关、完善产业体系、创新金融保障，牢牢掌握高端制造竞争主动权。

张阔  许西   北京赛迪出版传媒有限公司

党的二十届三中全会审议通过的《中共中央关于进一步全面深化改革、推进中国式现代化的决定》将“原子级制造”纳入“未来产业”概念权威解读。工业和信息化部多次点名“原子级制造”，提出“瞄准未来科技和产业发展制高点，加快原子级制造等领域科技创新，培育新兴产业和未来产业”“前瞻布局未来产业，重点围绕原子级制造等新领域新赛道，发展壮大独角兽企业”。

原子级制造是通过规模化精准操控原子实现物件制造的一种变革性制造范式，是在原子尺度上加工物件的逼近理论极限性能的制造方式，理论上能达到改造物质世界的极限能力，将为提升我国工业“六基”水平、破解“卡脖子”问题等带来重要机遇。

当前，原子级制造在国内外均处于技术研发和产业化的萌芽阶段，是各国并驾齐驱、同台争相竞逐的新领域新赛道，也是一个全新的经济增长点。深入剖析现阶段我国原子级制造发展面临的挑战，可为我国抢抓机遇抢先布局原子级制造提供科学依据，为我国在高端制造业实现赶超提供全新契机。

原子级制造发展历程的三种形态

20世纪下半叶——科学预言成真，概念原型始现

纵观科学技术发展进程，原子级制造并非新鲜事物，发轫于20世纪中期。1959年，物理学家理查德·费曼在一次演讲中提到，“物理学的规律不排除一个原子一个原子地制造物品的可能性”。1986年，美国科技智库提出，“原子制造技术与人工智能可以并称为对人类未来具有根本意义的两大技术”。

我国从20世纪80年代开始关注原子级制造的基础研究领域，包括原子操控、原子团簇、原子级装配等，其中原子操控是原子级制造的核心基础能力。1990年，美国IBM公司的科学家利用扫描隧道显微镜（STM）操控氙原子排成了“IBM”字样。1993年，中国科学院的研究人员用探针拨出硅晶体表面的硅原子，在硅晶体上撰写出“中国”二字，笔画宽度约为2纳米，被称作“最小的汉字”。当时，原子级制造技术在国内外实现难度极大，均不具备规模化应用条件。

2000年至今——制造范式确立，科技成果涌现

进入21世纪，科学技术的迅猛发展让人们看到了原子级制造的曙光。2013年，天津大学首次提出制造技术发展的三种范式，并将原子与近原子尺度制造（ACSM）指定为“制造范式Ⅲ”的使能技术（注：“制造范式Ⅰ”是以经验和技艺为基础的手工成形阶段，制造精度处于毫米量级和亚毫米量级；“制造范式Ⅱ”以机械化、电气化和数字化为特征，制造精度达到微米量级甚至纳米量级；“制造范式Ⅲ”是以“原子及近原子尺度制造”为核心使能技术的全新发展阶段）。

以原子级晶体管等为代表的原子级制造技术领域进一步提高了器件集成度，拯救了摩尔定律，为算力提升创造了前所未有的可能性。2002年，美国康奈尔大学、哈佛大学分别用钴原子、钒原子研制出单原子晶体管；2012年，澳大利亚新南威尔士大学利用单个磷原子在硅晶体上制造出单原子晶体管；2018年，德国卡尔斯鲁厄理工学院研制出一种通过移动银原子开关电路的单原子晶体管，能够在室温下运行，且能耗极低。

在我国，2020年，南京大学等研制出一种单原子存储晶体管，利用电场操控钆原子的位置，实现了电阻的高低态及擦写存储；近些年，中国科学院、厦门大学、南方科技大学等研究机构也有相关成果相继产出。

2015年至今——同台争相竞逐，抢占产业高地

党的十八大以来，新一轮科技革命和产业变革风起云涌，原子级制造等颠覆性技术日益成为大国博弈焦点。2015年，美国国防部高级研究计划局（DARPA）正式启动“从原子到产品”（A2P）项目，旨在使制造出的大尺度组件和系统能够保持原子级材料的性能。2022年，美国发布《国家先进制造业战略》，进一步强化了原子级制造在微电子制造领域的应用。2024年3月，DARPA发布2025财年预算，将电子技术预算主要分配给“超越比例缩放技术”，寻求传统电子信息架构的替代方案。

在这一阶段，我国不甘落后。随着2016年“十三五”规划的实施，我国除持续开展学术研究外，也着手实施重大计划，其中华为战略研究院于2019年将原子级制造等列入探索方向，中国科学院多次将原子级制造列入前沿科学问题。

江苏省在我国率先布局原子级制造，南京大学成立我国首个原子制造创新研究中心，微导纳米、博众仪器等企业在细分领域已有初步积累。2024年以来，工业和信息化部数次召开会议，推进原子级制造技术发展和产业生态建设。

我国发展原子级制造面临三重挑战

技术路线尚不明确

首先，范式跃迁颠覆传统制造认知。业界专家一致认为原子级制造是原子尺度下的通用化技术体系。这决定了原子级制造绝非是以往“制造范式Ⅱ”下的微纳制造的微缩版，也不简单是传统制造技术的线性化、体系化发展。

其次，技术实现面临极大挑战。原子尺度下的基础研究领域包括原子操控、原子团簇、原子级装配等，其中原子操控是原子级制造的核心基础能力。有科学家曾比喻道，原子定位相当于在地球赤道上快速、反复找到一块糖，原子操控则相当于将多块糖精确放置在指定位置上，而量子特征又使得原子“没那么听话”。同时，原子垒砌构型与原子个数呈指数关系，这使得通过原子操控获得所期待产品的概率接近于零。

最后，没有明确的技术路线图。当前，原子级制造在国内外均处于萌芽阶段，没有可供参考的成功秘诀，从科学原理、关键技术，到科学仪器、加工装备，再到解决“精度、范围、效率”的矛盾三角，实现规模化应用，都有大量瓶颈问题亟待突破，真正实现原子级制造还需付诸长期努力。

科技成果转化和产业化存在短板

第一，科技阵地需要守护。在国内外知名学术期刊数据库搜索21世纪以来主题为“原子级制造”的研究论文，查找到中国知网有10余篇国内论文，ScienceDirect有50余篇国际论文，其中国际论文有八成以上为中国学者发表。前沿科技成果过多流向海外，给国家科技安全带来潜在威胁。

第二，科技成果转化存在堵点卡点。有专家曾指出，目前许多研究工作侧重于开发新型原子团簇或低维功能材料，其研究重心与“制造”有本质区别。制造要求满足市场“功能定制”需求，是把上游供应的原材料加工为满足下游使用者要求的产品全工艺过程，必须在打通全产业链上下更大功夫。

第三，有关原子级制造的产业布局尚未形成规模。自2024年1月工业和信息化部等七部门印发《关于推动未来产业创新发展的实施意见》以来，全国多地着手布局未来产业，但截至目前，仅江苏省工信厅等有限数量的部门明确将原子级制造列入未来产业发展计划，多点开花、化点成珠、串珠成链、聚链成群的发展格局尚未显现。

抢占产业高地对金融扶持提出更高要求

一是资金需求巨大且不确定性加剧。2024年5月，我国成立注册资本高达3440亿元的投资基金，用于支持电子信息制造业发展。不同于“制造范式Ⅱ”下的微纳尺度电子信息制造，原子级制造处于“制造范式Ⅲ”，对产业链、创新链、资金链深度融合提出了更深层次的要求，对资金的需求也远高于此且更难以预计。

二是金融赋能科技创新的活力激发不够。据相关报道，当前，科技型企业获得融资支持的占比依旧不高。金融体系缺乏针对原子级制造等颠覆性技术的风险识别机制、预判机制、估值手段等，在授信时倾向于对从事相关研发业务的企业持审慎态度。

三是企业发展早期亟需新型金融产品支持。与其他科技型企业一样，原子级制造企业也会经历种子期、初创期、成长期、成熟期等阶段。在早期阶段，这类企业更需要风险投资和耐心资本等新型金融产品的加持，让它们陪伴企业穿越困难时期，以高度的耐心换取未来的回报。

“科技+产业+金融”三个维度抢先布局

坚持自主创新，推动跨学科攻关和科研模式创新

第一，坚持走自主创新道路。原子级制造处于全球“齐跑”阶段，不能发达国家怎么搞我们也怎么搞，人云亦云、亦步亦趋。要充分发挥新型举国体制优势，采取“非对称”赶超战略，坚持主动跟进、精心选择、有所为有所不为的方针，积极推进有组织科研，强化原子级制造国家重点实验室建设，组织南京大学、中国科学院等优势单位围绕共同目标开展攻关研究，摸清由原子单元形成宏观器件的底层逻辑。

第二，加强跨学科联合攻关。原子级制造涉及智能制造、新材料、量子物理等多个学科领域，需要汇聚科技战略力量。当前，以华为、微导纳米、博众等为代表的瞪羚企业或独角兽企业已在原子级制造细分领域有初步积累，要鼓励这些企业与高校、科研院所合作，联合培养和引进跨学科交叉复合型人才和工程型人才，成立产学研一体化重点实验室，开展面向原子级制造的协同攻关。

第三，创新科技攻关模式。原子级制造是新兴领域，在前期可行性研究阶段就获得完整准确的技术路线是不现实的。要营造鼓励探索、宽容失败的氛围，树立快速原型、敏捷开发等思维，打破路径依赖。研究人员得到初步灵感后，研究机构先支持其将想法快速付诸实现，获得阶段性可交付成果，再结合产学研各方反馈，不断加深对技术路线的理解，逐步消除不协调因素，直至形成协调一致、现实可行的科学方法。

打通科技成果转化和产业化的痛点、卡点和堵点

首先，回归学术服务产业化的价值本真。健全正向科研评价体系和科技激励机制，破除“SCI迷思”，引导原子级制造科研人员把论文写在祖国大地上，写在科技成果产业化的伟大实践中。

其次，在打通全产业链上下更大功夫。用好原子级制造论坛、创新发展座谈会等平台，推进“实施一批科研攻关项目、突破一批关键核心技术、形成一批标志性产品、取得一批标志性成果、建设一批企业孵化器”等举措，以技术布局推动战略部署，再以战略导向拉动产业需求，实质性推进产学研深度结合。

最后，鼓励有条件的地区推动原子级制造产业布局落地见效。抓紧出台《原子级制造创新发展实施意见（2025—2030年）》，以“先行先试—引领示范—辐射带动”为主线，逐步推动有条件的地区制定符合当地资源禀赋和产业基础的原子级制造发展规划，塑造未来新动能。

发挥金融创新牵引带动作用，提高金融支持精准度

一是深化金融创新。按照《中华人民共和国国民经济和社会发展第十五个五年规划纲要》提出的“建立未来产业投入增长和风险分担机制”要求，构建同科技创新相适应的金融创新机制，对原子级制造等估值难而资金需求量大的领域，加强天使投资基金与创业种子基金的支持，开放知识产权质押融资、订单融资等新型信贷产品。

二是加强引领带动。发挥国家中小企业发展基金带动作用，引领社会资本在原子级制造产业链上“投早、投小、投长期、投硬科技”，并纳入金融企业绩效考评体系。指导企业用足用好固定资产加速折旧、研发费用加计扣除、融资租赁所得税递延等优惠政策或制度安排。发挥中小企业公共服务平台优势，为企业提供更广阔的融资机会。

三是提高金融支持精准度。加强指标体系研究，将企业创新能力评价作为金融授信的重要依据，使金融机构和社会资本对成长性好、发展潜力大的原子级制造企业“想投、敢投、放心投、耐心投”。