量子科技領(lǐng)域的前沿和熱點研究(2018—2021)
——基于WOS高被引論文的科技術(shù)語分析

侯藝林

(北京印刷學(xué)院，北京 102600)

一、引言

由于量子技術(shù)對未來科技發(fā)展具有重大影響和戰(zhàn)略價值，各技術(shù)強(qiáng)國在量子技術(shù)領(lǐng)域的競爭日益激烈。近年來，各國爭相將量子技術(shù)納入國家發(fā)展戰(zhàn)略，紛紛制定量子技術(shù)發(fā)展計劃，推進(jìn)本國的量子技術(shù)發(fā)展。2020年10月16日，中共中央政治局召開了有關(guān)“量子科技研究和應(yīng)用前景”的集體學(xué)習(xí)，習(xí)近平總書記發(fā)表講話指出：加快發(fā)展量子科技，對促進(jìn)高質(zhì)量發(fā)展、保障國家安全具有非常重要的作用。中國的量子技術(shù)發(fā)展后來居上，在量子應(yīng)用領(lǐng)域等多個方面已經(jīng)達(dá)到世界先進(jìn)水平。①李大光.當(dāng)前世界量子科學(xué)技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用前景[J/OL].(2021-07-11).人民論壇·學(xué)術(shù)前沿.http://dio.org/10.16619/j.cnki.rmltxsqy.

目前有關(guān)量子科技領(lǐng)域的熱點研究分析較少，李大光在《人民論壇·學(xué)術(shù)前沿》上發(fā)表的論文《當(dāng)前世界量子科學(xué)技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用前景》運(yùn)用了文獻(xiàn)分析法，但是沒有用可視化圖表進(jìn)行論證。在量子科技領(lǐng)域2018—2021年發(fā)表的研究論文中，出現(xiàn)頻率最高的科學(xué)術(shù)語是“量子態(tài)”。通過量子態(tài)，可以知道整個系統(tǒng)的所有信息，從而對該系統(tǒng)進(jìn)行測量，同時“量子設(shè)備”和“量子檢測”位居高頻詞第二第三，可以看出量子科技已經(jīng)逐步從理論走向應(yīng)用層面。量子科技也在同其他領(lǐng)域進(jìn)行融合，如表1所示，在2018—2021年間，量子和計算編程、納米技術(shù)還有電學(xué)都有研究的交叉點，除此之外，量子科技涉及到的有關(guān)國家發(fā)展策略和各國面臨的量子科技挑戰(zhàn)也成為研究熱點。

表1 量子科技領(lǐng)域2018—2021年論文科學(xué)術(shù)語Top20

二、研究基礎(chǔ)

(一)研究方法和研究工具

研究采用VOSviewer文獻(xiàn)計量學(xué)的方法，對量子科技領(lǐng)域的研究文獻(xiàn)進(jìn)行計量分析和可視化呈現(xiàn)。文獻(xiàn)計量學(xué)廣泛應(yīng)用于學(xué)術(shù)研究，通過經(jīng)驗統(tǒng)計定律探討文獻(xiàn)分布的定量分析知識載體。知識圖譜作為文獻(xiàn)計量學(xué)的新發(fā)展，綜合多學(xué)科的交叉領(lǐng)域。①梁晶璇，宋慧琪，陳佑成，等.基于可視化分析的中國知識轉(zhuǎn)移研究熱點與展望[J].農(nóng)業(yè)圖書情報學(xué)報，2021，33(3)：38-55.本研究采用此方法，通過VOSviewer軟件，從科學(xué)術(shù)語詞頻分析、科學(xué)術(shù)語共現(xiàn)分析等技術(shù)手段對量子科技領(lǐng)域的前沿?zé)狳c進(jìn)行分析預(yù)測。

(二)數(shù)據(jù)收集

本研究數(shù)據(jù)來源于Web of Science核心合集數(shù)據(jù)庫中量子科技領(lǐng)域2018—2021年間的文獻(xiàn)，檢索時間為2018—2021年，主題詞限定為量子(quantum)，通過對檢索結(jié)果進(jìn)行過濾和篩選，剔除與主題不相關(guān)的內(nèi)容，共獲得10000篇文獻(xiàn)作為研究樣本數(shù)據(jù)。

三、量子科技領(lǐng)域文獻(xiàn)計量分析

為清晰展示量子科技領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀與熱點，本研究利用vosviewer軟件繪制科學(xué)術(shù)語共現(xiàn)圖譜、科學(xué)術(shù)語演化圖譜、科學(xué)術(shù)語密度圖等來確定量子科技研究前沿與熱點，并進(jìn)一步可視化，對熱點與前沿內(nèi)容進(jìn)行深入分析，進(jìn)一步把握量子科技研究領(lǐng)域的核心內(nèi)容。

共現(xiàn)科學(xué)知識圖譜是在既有文獻(xiàn)研究的基礎(chǔ)上試圖發(fā)現(xiàn)新知識、探尋新出路的綜述性研究，它借助于已有研究摸清“家底”，找出可能被忽視的領(lǐng)域，以破、立并舉的思路來探索新路徑。②尚虎平，張嬋娟. 國內(nèi)外基本公共服務(wù)均等化績效評估研究的邏輯起點與演進(jìn)趨勢——基于WOS、CNKI數(shù)據(jù)共現(xiàn)知識圖譜的可視化分析[J].理論探討，2019(6)：156-164.

共現(xiàn)科學(xué)知識圖譜是對科學(xué)文獻(xiàn)系統(tǒng)中知識單元間的共現(xiàn)模式進(jìn)行抽取、簡化和可視化的結(jié)果，即通過科學(xué)文獻(xiàn)所承載學(xué)科及研究領(lǐng)域的概念、知識和社會結(jié)構(gòu)間的相互聯(lián)系，構(gòu)建知識單元共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)，以圖譜方式揭示科學(xué)研究知識單元和知識群體的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與動態(tài)演變。③張洋，趙鎮(zhèn)寧.共現(xiàn)科學(xué)知識圖譜構(gòu)建技術(shù)與工具研究.圖書情報知識，2019(1).通過對Web of Science核心合集數(shù)據(jù)庫中關(guān)于量子科技領(lǐng)域相關(guān)研究文獻(xiàn)的引用頻次進(jìn)行排序，得出了在2018—2021年期間排名前十的高被引論文，如表2所示。論文被引用的頻次在一定程度上可以反映這一期間的研究前沿與熱點，進(jìn)而進(jìn)行該領(lǐng)域的研究熱點與前沿預(yù)測。由表2可以看出，這10篇高被引論文與石墨烯、能源、二極管等應(yīng)用有關(guān)，說明這幾個研究方向為2018—2021年期間量子科技領(lǐng)域關(guān)注的前沿方面。

表2 量子科技領(lǐng)域2018—2021年被引頻次排名前10位的高被引論文

(一)量子科技科學(xué)術(shù)語共現(xiàn)分析

本研究通過構(gòu)建共現(xiàn)知識圖譜的方式來分析科學(xué)術(shù)語之間的共現(xiàn)關(guān)系，通過VOSviewer軟件將量子科技領(lǐng)域2018—2021年間發(fā)表的熱點論文中出現(xiàn)的科學(xué)術(shù)語進(jìn)行聚類分析，并將已發(fā)表文獻(xiàn)的科學(xué)術(shù)語進(jìn)行詞頻排序，去除一些過于寬泛的詞語(例如paper、set等)，選出共現(xiàn)頻率高于60的科學(xué)術(shù)語進(jìn)行聚類分析，得到如圖1所示的聚類圖譜。

圖1展示了量子科技熱點主要集中在四個方面，聚類一(紅色)是量子科技領(lǐng)域理論和其與能量有關(guān)的概念研究，聚類二(藍(lán)色)是量子科技與其他領(lǐng)域結(jié)合的相關(guān)應(yīng)用，聚類三(綠色)是量子科技在生物學(xué)上的應(yīng)用，聚類四(黃色)主要是量子科技在特定設(shè)備(尤其是二極管上的應(yīng)用)。此外，由圖1可以看出，近年來對于量子科技的研究主要趨向于其在能量上和現(xiàn)實生活中的應(yīng)用，已經(jīng)從理論層面轉(zhuǎn)到操作層面，除了研究量子及其相關(guān)理論，更多的研究在于通過量子科技解決其他專業(yè)領(lǐng)域的難點問題，找到突破口，為社會發(fā)展做出貢獻(xiàn)。

圖1 2018—2021年期間量子科技領(lǐng)域科學(xué)術(shù)語共現(xiàn)圖譜

該圖還展現(xiàn)了一個有趣的現(xiàn)象，這四大聚類出現(xiàn)了共同的交匯點“challenge”，也就是說，目前對于量子科技領(lǐng)域來說，不管是哪一方面都面臨著挑戰(zhàn)。一是因為量子科技經(jīng)過一個多世紀(jì)的發(fā)展到達(dá)了瓶頸期，二是因為量子科技相關(guān)研究成果的應(yīng)用對于如今這個復(fù)雜多變、科技日新月異的時代極其重要，哪個國家在量子領(lǐng)域取得了不可替代的成就就將成為整個時代的科技領(lǐng)頭羊。

(二)量子科技科學(xué)術(shù)語演化分析

項目密度可視化的視圖如圖2所示，通過VOSviewer軟件制作出量子科技領(lǐng)域科學(xué)術(shù)語密度圖，來展示出該領(lǐng)域的研究的重點和熱點。在VOSviewer軟件中，采用overlay圖譜進(jìn)行量子科技領(lǐng)域科學(xué)術(shù)語的演化分析，科學(xué)術(shù)語在圖譜中對應(yīng)節(jié)點的顏色代表的是科學(xué)術(shù)語出現(xiàn)了平均年份，顏色越接近藍(lán)色，代表科學(xué)術(shù)語出現(xiàn)的時間越早，越接近黃色代表科學(xué)術(shù)語出現(xiàn)的時間越晚。由圖2可以看出，量子科技領(lǐng)域2018—2021年間科學(xué)術(shù)語出現(xiàn)的時間集中在2019年下半年到2020年上半年。detection(量子檢測)、strategy(策略)、以及photocatalyst(光催化劑)等科學(xué)術(shù)語出現(xiàn)在2019年，這表示量子的實際應(yīng)用在2019年熱度最高。通過state(量子態(tài))、model(量子模型)以及energy(量子勢能)等熱點科學(xué)術(shù)語集中出現(xiàn)在2020年左右，由此可以發(fā)現(xiàn)，量子科技領(lǐng)域的研究開始在概念上有所突破，從之前專注于具體科技實物創(chuàng)造，轉(zhuǎn)向在量子概念上的創(chuàng)新。

圖2 量子科技領(lǐng)域科學(xué)術(shù)語演化圖譜

隨著整個人類世界對能源的需求不斷擴(kuò)大，加之意識到能源對一個國家起著決定性作用，是經(jīng)濟(jì)發(fā)展的原動力和人類賴以生存的物質(zhì)基礎(chǔ)，所以對量子科技的研究開始偏向于與能源結(jié)合，例如量子科技與太陽能光熱量子科技等。

(三)科學(xué)術(shù)語密度分析

在項目密度圖譜中，以與網(wǎng)絡(luò)可視化和覆蓋可視化類似的方式，通過標(biāo)簽來表示項目，項目密度可視化中的每個點都有一個顏色，顏色從綠色再到黃色，指示該點項目的密度。

當(dāng)一個點附近的項目越多時，這個點的顏色就會越接近黃色，反之，一個點附近的項目數(shù)量越少，相鄰項目的權(quán)重就會越低，該點的顏色就會越接近藍(lán)色。由圖3可以看出，量子勢能、量子態(tài)、量子模型在通信、新型材料等方面的應(yīng)用是近些年來量子科技領(lǐng)域最受關(guān)注的研究方向。

圖3 領(lǐng)域科學(xué)術(shù)語項目密度圖

通過觀察量子科技相關(guān)術(shù)語聚集密度圖來觀察與量子相關(guān)領(lǐng)域的研究內(nèi)容，找到新的研究突破口。由圖4可以看出，不同顏色內(nèi)的術(shù)語具有一定的關(guān)聯(lián)性，例如，未來可以將量子科技與可再生能源或者生物醫(yī)學(xué)進(jìn)行融合研究。

圖4 量子科技領(lǐng)域術(shù)語聚集密度圖

四、研究建議

研究成果停留在2019年，最新的量子領(lǐng)域研究成果不足。通過本文中的科學(xué)術(shù)語演化圖譜，我們可以發(fā)現(xiàn)，很多量子領(lǐng)域的實際應(yīng)用類型的創(chuàng)造發(fā)明都停留在了2019年，代表最新研究成果的黃色圖標(biāo)，相較于藍(lán)色和紫色明顯少了很多。這也提示我們2020年受全球新冠疫情的影響，在量子科技領(lǐng)域并沒有太多新的研究成果，反而回歸了理論層面。

量子科技領(lǐng)域面臨挑戰(zhàn)。第一，量子科技領(lǐng)域面臨自身的發(fā)展挑戰(zhàn)。該領(lǐng)域的研究想要突破比較困難，原因在于量子科技領(lǐng)域要求的專業(yè)性非常強(qiáng)，需要的專業(yè)科研人才又很稀缺，導(dǎo)致目前量子領(lǐng)域遇到了瓶頸期。第二，各個國家對量子科技越來越重視，在量子科技領(lǐng)域站穩(wěn)腳跟可以讓我國在國際競爭中搶占制高點。

研究發(fā)現(xiàn)在量子科技領(lǐng)域與醫(yī)學(xué)相關(guān)的研究非常少，在全球新冠疫情背景下，如果能利用量子科技在病情的篩查、病情的治療、醫(yī)療數(shù)據(jù)收集等方面造福人類，那么量子科技也許將不再停留在理論層面。

五、結(jié)論

投入到量子科技與其他學(xué)科的技術(shù)融合上。通過對2018—2021年量子科技研究領(lǐng)域的相關(guān)文獻(xiàn)進(jìn)行計量分析，利用對量子科技相關(guān)科學(xué)術(shù)語的可視化呈現(xiàn)，來揭示該領(lǐng)域的前沿?zé)狳c，為今后進(jìn)行量子科技相關(guān)研究提供一定的參考價值，讓量子科技不再遙遠(yuǎn)而陌生，可以為人類的生存和發(fā)展更好地服務(wù)。

本文使用文獻(xiàn)計量的方法，結(jié)合VOSviewer軟件，對量子科技領(lǐng)域三年內(nèi)發(fā)表的研究文獻(xiàn)進(jìn)行梳理，并通過共現(xiàn)分析法、科學(xué)術(shù)語演化分析法和科學(xué)術(shù)語密度分析法對該領(lǐng)域整體研究狀況、研究熱點以及研究前沿進(jìn)行分析研究，研究結(jié)論如下：

2018—2021年期間量子科技研究熱點集中在量子態(tài)、量子模型以及量子科技所面臨的挑戰(zhàn)等方面。同時，量子科技的應(yīng)用主要集中在能源、編程、生物學(xué)和通信等領(lǐng)域。

量子科技研究的主題隨著社會的變革而發(fā)展，隨著時間的推移，量子科技的研究將更加具有“實用性”，由對量子科技的相關(guān)專業(yè)概念的發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)而