量子科技领域的前沿和热点研究(2018—2021)——基于WOS高被引论文的科技术语分析

侯艺林

(北京印刷学院，北京 102600)

一、引言

由于量子技术对未来科技发展具有重大影响和战略价值，各技术强国在量子技术领域的竞争日益激烈。近年来，各国争相将量子技术纳入国家发展战略，纷纷制定量子技术发展计划，推进本国的量子技术发展。2020年10月16日，中共中央政治局召开了有关“量子科技研究和应用前景”的集体学习，习近平总书记发表讲话指出：加快发展量子科技，对促进高质量发展、保障国家安全具有非常重要的作用。中国的量子技术发展后来居上，在量子应用领域等多个方面已经达到世界先进水平。①李大光.当前世界量子科学技术的发展与应用前景[J/OL].(2021-07-11).人民论坛·学术前沿.http://dio.org/10.16619/j.cnki.rmltxsqy.

目前有关量子科技领域的热点研究分析较少，李大光在《人民论坛·学术前沿》上发表的论文《当前世界量子科学技术的发展与应用前景》运用了文献分析法，但是没有用可视化图表进行论证。在量子科技领域2018—2021年发表的研究论文中，出现频率最高的科学术语是“量子态”。通过量子态，可以知道整个系统的所有信息，从而对该系统进行测量，同时“量子设备”和“量子检测”位居高频词第二第三，可以看出量子科技已经逐步从理论走向应用层面。量子科技也在同其他领域进行融合，如表1所示，在2018—2021年间，量子和计算编程、纳米技术还有电学都有研究的交叉点，除此之外，量子科技涉及到的有关国家发展策略和各国面临的量子科技挑战也成为研究热点。

表1 量子科技领域2018—2021年论文科学术语Top20

二、研究基础

(一)研究方法和研究工具

研究采用VOSviewer文献计量学的方法，对量子科技领域的研究文献进行计量分析和可视化呈现。文献计量学广泛应用于学术研究，通过经验统计定律探讨文献分布的定量分析知识载体。知识图谱作为文献计量学的新发展，综合多学科的交叉领域。①梁晶璇，宋慧琪，陈佑成，等.基于可视化分析的中国知识转移研究热点与展望[J].农业图书情报学报，2021，33(3)：38-55.本研究采用此方法，通过VOSviewer软件，从科学术语词频分析、科学术语共现分析等技术手段对量子科技领域的前沿热点进行分析预测。

(二)数据收集

本研究数据来源于Web of Science核心合集数据库中量子科技领域2018—2021年间的文献，检索时间为2018—2021年，主题词限定为量子(quantum)，通过对检索结果进行过滤和筛选，剔除与主题不相关的内容，共获得10000篇文献作为研究样本数据。

三、量子科技领域文献计量分析

为清晰展示量子科技领域的研究现状与热点，本研究利用vosviewer软件绘制科学术语共现图谱、科学术语演化图谱、科学术语密度图等来确定量子科技研究前沿与热点，并进一步可视化，对热点与前沿内容进行深入分析，进一步把握量子科技研究领域的核心内容。

共现科学知识图谱是在既有文献研究的基础上试图发现新知识、探寻新出路的综述性研究，它借助于已有研究摸清“家底”，找出可能被忽视的领域，以破、立并举的思路来探索新路径。②尚虎平，张婵娟. 国内外基本公共服务均等化绩效评估研究的逻辑起点与演进趋势——基于WOS、CNKI数据共现知识图谱的可视化分析[J].理论探讨，2019(6)：156-164.

共现科学知识图谱是对科学文献系统中知识单元间的共现模式进行抽取、简化和可视化的结果，即通过科学文献所承载学科及研究领域的概念、知识和社会结构间的相互联系，构建知识单元共现网络，以图谱方式揭示科学研究知识单元和知识群体的网络结构与动态演变。③张洋，赵镇宁.共现科学知识图谱构建技术与工具研究.图书情报知识，2019(1).通过对Web of Science核心合集数据库中关于量子科技领域相关研究文献的引用频次进行排序，得出了在2018—2021年期间排名前十的高被引论文，如表2所示。论文被引用的频次在一定程度上可以反映这一期间的研究前沿与热点，进而进行该领域的研究热点与前沿预测。由表2可以看出，这10篇高被引论文与石墨烯、能源、二极管等应用有关，说明这几个研究方向为2018—2021年期间量子科技领域关注的前沿方面。

表2 量子科技领域2018—2021年被引频次排名前10位的高被引论文

(一)量子科技科学术语共现分析

本研究通过构建共现知识图谱的方式来分析科学术语之间的共现关系，通过VOSviewer软件将量子科技领域2018—2021年间发表的热点论文中出现的科学术语进行聚类分析，并将已发表文献的科学术语进行词频排序，去除一些过于宽泛的词语(例如paper、set等)，选出共现频率高于60的科学术语进行聚类分析，得到如图1所示的聚类图谱。

图1展示了量子科技热点主要集中在四个方面，聚类一(红色)是量子科技领域理论和其与能量有关的概念研究，聚类二(蓝色)是量子科技与其他领域结合的相关应用，聚类三(绿色)是量子科技在生物学上的应用，聚类四(黄色)主要是量子科技在特定设备(尤其是二极管上的应用)。此外，由图1可以看出，近年来对于量子科技的研究主要趋向于其在能量上和现实生活中的应用，已经从理论层面转到操作层面，除了研究量子及其相关理论，更多的研究在于通过量子科技解决其他专业领域的难点问题，找到突破口，为社会发展做出贡献。

图1 2018—2021年期间量子科技领域科学术语共现图谱

该图还展现了一个有趣的现象，这四大聚类出现了共同的交汇点“challenge”，也就是说，目前对于量子科技领域来说，不管是哪一方面都面临着挑战。一是因为量子科技经过一个多世纪的发展到达了瓶颈期，二是因为量子科技相关研究成果的应用对于如今这个复杂多变、科技日新月异的时代极其重要，哪个国家在量子领域取得了不可替代的成就就将成为整个时代的科技领头羊。

(二)量子科技科学术语演化分析

项目密度可视化的视图如图2所示，通过VOSviewer软件制作出量子科技领域科学术语密度图，来展示出该领域的研究的重点和热点。在VOSviewer软件中，采用overlay图谱进行量子科技领域科学术语的演化分析，科学术语在图谱中对应节点的颜色代表的是科学术语出现了平均年份，颜色越接近蓝色，代表科学术语出现的时间越早，越接近黄色代表科学术语出现的时间越晚。由图2可以看出，量子科技领域2018—2021年间科学术语出现的时间集中在2019年下半年到2020年上半年。detection(量子检测)、strategy(策略)、以及photocatalyst(光催化剂)等科学术语出现在2019年，这表示量子的实际应用在2019年热度最高。通过state(量子态)、model(量子模型)以及energy(量子势能)等热点科学术语集中出现在2020年左右，由此可以发现，量子科技领域的研究开始在概念上有所突破，从之前专注于具体科技实物创造，转向在量子概念上的创新。

图2 量子科技领域科学术语演化图谱

随着整个人类世界对能源的需求不断扩大，加之意识到能源对一个国家起着决定性作用，是经济发展的原动力和人类赖以生存的物质基础，所以对量子科技的研究开始偏向于与能源结合，例如量子科技与太阳能光热量子科技等。

(三)科学术语密度分析

在项目密度图谱中，以与网络可视化和覆盖可视化类似的方式，通过标签来表示项目，项目密度可视化中的每个点都有一个颜色，颜色从绿色再到黄色，指示该点项目的密度。

当一个点附近的项目越多时，这个点的颜色就会越接近黄色，反之，一个点附近的项目数量越少，相邻项目的权重就会越低，该点的颜色就会越接近蓝色。由图3可以看出，量子势能、量子态、量子模型在通信、新型材料等方面的应用是近些年来量子科技领域最受关注的研究方向。

图3 领域科学术语项目密度图

通过观察量子科技相关术语聚集密度图来观察与量子相关领域的研究内容，找到新的研究突破口。由图4可以看出，不同颜色内的术语具有一定的关联性，例如，未来可以将量子科技与可再生能源或者生物医学进行融合研究。

图4 量子科技领域术语聚集密度图

四、研究建议

研究成果停留在2019年，最新的量子领域研究成果不足。通过本文中的科学术语演化图谱，我们可以发现，很多量子领域的实际应用类型的创造发明都停留在了2019年，代表最新研究成果的黄色图标，相较于蓝色和紫色明显少了很多。这也提示我们2020年受全球新冠疫情的影响，在量子科技领域并没有太多新的研究成果，反而回归了理论层面。

量子科技领域面临挑战。第一，量子科技领域面临自身的发展挑战。该领域的研究想要突破比较困难，原因在于量子科技领域要求的专业性非常强，需要的专业科研人才又很稀缺，导致目前量子领域遇到了瓶颈期。第二，各个国家对量子科技越来越重视，在量子科技领域站稳脚跟可以让我国在国际竞争中抢占制高点。

研究发现在量子科技领域与医学相关的研究非常少，在全球新冠疫情背景下，如果能利用量子科技在病情的筛查、病情的治疗、医疗数据收集等方面造福人类，那么量子科技也许将不再停留在理论层面。

五、结论

投入到量子科技与其他学科的技术融合上。通过对2018—2021年量子科技研究领域的相关文献进行计量分析，利用对量子科技相关科学术语的可视化呈现，来揭示该领域的前沿热点，为今后进行量子科技相关研究提供一定的参考价值，让量子科技不再遥远而陌生，可以为人类的生存和发展更好地服务。

本文使用文献计量的方法，结合VOSviewer软件，对量子科技领域三年内发表的研究文献进行梳理，并通过共现分析法、科学术语演化分析法和科学术语密度分析法对该领域整体研究状况、研究热点以及研究前沿进行分析研究，研究结论如下：

2018—2021年期间量子科技研究热点集中在量子态、量子模型以及量子科技所面临的挑战等方面。同时，量子科技的应用主要集中在能源、编程、生物学和通信等领域。

量子科技研究的主题随着社会的变革而发展，随着时间的推移，量子科技的研究将更加具有“实用性”，由对量子科技的相关专业概念的发现转而