一項正在快速發(fā)展的基因工程技術(shù)，可以永久性地改變一個種群甚至整個物種的性狀。這項技術(shù)通過基因驅(qū)動使得含有某種遺傳因子的子代數(shù)量升高，從而加速該基因在物種中的傳播?；蝌?qū)動可以自然發(fā)生，也可以通過基因工程人為控制，它在眾多方面對人類有益：阻止昆蟲傳播瘧疾和其他傳染病、修改害蟲的基因以提高糧食產(chǎn)量、賦予珊瑚抵抗環(huán)境壓力的能力、防止入侵物種破壞生態(tài)系統(tǒng)。

盡管前景光明，基因驅(qū)動技術(shù)還是引起了人們的擔(dān)憂：經(jīng)過人為改造的基因會無意中擴散到其他野外的物種中，并干擾其生長嗎？將現(xiàn)有的物種從生態(tài)系統(tǒng)中消除有什么風(fēng)險？非法組織會不會將基因驅(qū)動用作武器來破壞農(nóng)業(yè)生產(chǎn)？

為了避免出現(xiàn)這種極端情況，有研究團隊發(fā)明了一個驅(qū)動開關(guān)：必須通過傳遞一種特殊的物質(zhì)才能打開，使基因驅(qū)動起作用。與此同時，許多科學(xué)家團體正致力于擬定條款，來指導(dǎo)基因驅(qū)動實驗在各階段的進展。2016年，美國國家科學(xué)院、工程院和醫(yī)學(xué)院審查了基因驅(qū)動的研究并對相關(guān)研究提出了建議。2018年，一個大型的國際工作小組為從實驗室研究到野外試驗的研究操作制定了流程。該組織提出了將基因驅(qū)動用在非洲控制瘧疾的建議，這樣將使公眾健康前所未有地受益。

9，等離子激元材料

2007年，加州理工學(xué)院的哈里·A·阿特沃特（Harry A. Atwater）在《科學(xué)美國人》上撰文預(yù)測：“等離激元光子學(xué)” 最終會通向一系列應(yīng)用，從高靈敏度的生物探測器到隱形覆蓋物。之后的十年里，各種等離子體技術(shù)已經(jīng)實現(xiàn)了商業(yè)化，另有一些技術(shù)正由實驗室向市場過渡。

這些技術(shù)都依賴于對電磁場和金屬（通常是金或銀）中自由電子之間相互作用的控制，自由電子決定了材料的導(dǎo)電性和光學(xué)性能。當(dāng)有光照射金屬時，金屬表面的自由電子產(chǎn)生共振，形成表面等離激元。如果金屬材料體積較大，自由電子反射照射到它們的光后，材料可以發(fā)光；但如果金屬只是直徑幾納米的顆粒，它的自由電子就被限制在一個很小的空間里，電子的振動頻率因而受到了限制。電子特定的振蕩頻率將取決于金屬納米顆粒的大小。

在等離激元材料領(lǐng)域，研究最透徹的應(yīng)用之一，是用于檢測化學(xué)和生物試劑的傳感器；其他應(yīng)用還包括可監(jiān)測電池活動的電池內(nèi)部傳感器、能區(qū)分病毒和細菌感染的設(shè)備等。此外，在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，研究者正在臨床試驗中測試光敏納米顆粒在癌癥治療中的應(yīng)用。根據(jù)市場研究公司Future Market Insights的分析預(yù)測，等離激元傳感器的應(yīng)用在北美的市值，將會從2017年的近2.5億美元上漲到2027年的近4.7億美元。

10，為量子計算機而生的算法

量子計算機特有的疊加、糾纏特性，使其在解決特定問題時比任何傳統(tǒng)計算機更高效。然而，實現(xiàn)量子計算的條件卻是眾所周知的挑剔。例如，量子退相干過程會破壞其功能。研究人員已經(jīng)證實，通過量子糾錯，可以使具有數(shù)千量子比特的量子計算機受到嚴(yán)格控制，維持在量子態(tài)。但是到目前為止，實驗室中的量子計算機都只是包含數(shù)十個量子比特、尚未進行糾錯的嘈雜中型量子（NISQ）計算機。

然而，隨著專門為NISQ計算機編寫算法的研究興起，量子計算領(lǐng)域可能將迎來突破。

在研究人員看來，NISQ算法在模擬和機器學(xué)習(xí)領(lǐng)域具有廣闊前景。許多研究人員已經(jīng)開發(fā)出在NISQ設(shè)備（以及未來進行糾錯后的量子計算機）上模擬分子和材料的算法。這些算法可以提高從能源到健康科學(xué)領(lǐng)域新材料的設(shè)計效率。

開發(fā)人員還在評估量子計算機是否會在機器學(xué)習(xí)方面更勝一籌。針對NISQ設(shè)備的算法集正快速增長，對其測試表明，量子計算機確實可以加快機器學(xué)習(xí)，例如將信息按類別分類、將類似的項目或特征歸類，以及從現(xiàn)有的統(tǒng)計樣本生成新的樣本。