1 可控核聚变（人造太阳）：聚变能的使用我们已经梦想了50多年，而且仍然要走很长的路。但是如果我们能够复制在这一过程，我们就能够永久性的改变世界。超导体领域的研究能够为聚变能的使用提供一条快捷通道。
 
2 太空探索很快将给我们带来关于宇宙特性的海量信息：我们期待更多的了解组成宇宙大部分的暗物质和暗能量，特别是取代哈勃太空望远镜的詹姆士-韦伯望远镜发射后，将给我们带来巨大的帮助。了解暗物质和暗能量的物理学特性将为我们揭开宇宙形成的新秘密。
 
3 了解老年痴呆症能够帮助我们控制不断增长的公共健康危机：过去数十年里我们在治疗癌症方面取得的巨大的进步，这主要源于我们在细胞生物学领域的研究。但是我们对于老年痴呆症仍然知之甚少。数百万人已经换上这种疾病，它正变得越来越普遍。减缓衰老过程、了解大脑如何工作等研究或许能够给我们带来解决措施。
 
4 网络犯罪每年会给全世界带来4千亿美元的损失，但是新的发展能够扭转局势：专家们认为设计出更加安全的系统是可行的，我们目前主要面临两点缺陷：单密码认证系统以及电脑操作的历史痕迹。认证系统的革新正在进行当中，双因子和生物识别系统正变得越来越普遍，但是重新设计出没有上述两种缺陷的计算机系统仍然需要很多工作。
 
5 到2040年全世界食品需要增产50%，因此需要植物学领域的突破：50年前快速增长的人口很有可能导致全球范围的大饥荒，幸运的是绿色革命阻止了这一悲剧。现在我们需要一场新的绿色革命，继续增加粮食产量。随着技术的发展，我们也有可能栽培出更具营养价值的食物。想要实现这一目标，我们需要更多的了解遗传学、分子与细胞生物学、生物化学以及植物生理学的知识。
 
6 量子信息技术可能超越现在的巨型计算机：如果我们能够解决量子计算领域的难题，我们就能够超越今天的超级计算机，创造出无法被黑客攻克的长距离通信系统，并且找到新方法来测量时间、电流、磁场以及其它现象。
 
7 社会科学研究能够帮助我们创造新市场并鼓励健康行为：虽然进行物理科学和自然科学的研究非常重要，但是社会科学也不应当忽视。经济研究对于形成新的金融市场是非常必要的。心理学研究能够帮助我们了解如何激励健康行为，并根据大量数据做出健康决策。
 
8 化学领域的进步能够帮助我们研发新型催化剂：催化剂能够加速化学反应，这对于能源企业以及制造塑料、农业等产品的企业来说也非常重要。但是我们目前使用的化学物质和催化剂都相当低效，至少与自然界发生的一些化学反应相比是如此的。
 
9 传染性疾病治疗的突破是必要的：正如埃博拉病毒的传播所表明的，全世界都尚未准备好应对一场病毒的大爆发。一种高度传染的流感病毒就能够毁灭这个世界。我们的抗生素正逐渐失去它们的效力，未来一场轻微感染就可能导致人类死亡。我们迫切需要在此之前研发出新的抗生素。
 
10 研发更先进防御系统的竞赛越演越烈：全世界的政府都不断在未来的防御技术研究中投入资金。比如说新型隐形衣技术，这种新型的纳米外套能够改变材料吸收和反射光线的方式。再比如说能够探测环境危害的激光器等等。
 
11 光学能够让我们以更快的速度传递数据：由于光传播数据的速度超过电线，因此光学纤维长期以来都是通信领域的首选。现在光学技术也正在改变着计算机领域，其中涉及到的就是光电积体整合电路。新型光学芯片能够让计算机系统以更少的能量进行更快的计算。
 
12 合成生物学研究的突破能够改变制造业、食品生产和健康保健行业：合成生物学能够让我们创造出拥有特定目的的活体细胞。这项突破也有可能让科学家们编辑细菌、植物甚至人类细胞，来使它们更多产或者用于治疗疾病。
 
13 新一代材料的研发能够改变技术：从青铜器时代到信息时代，材料学的发展一直推动着革命的脚步。电路、光学纤维、激光器、太阳能电池以及LED技术已经完全改变了我们的世界。硅晶体、纳米材料以及多功能材料的研发需要进行更多的调查和研究。
 
14 机器人学的进步能够让机器人进入我们的生活：更智能、更强大机器人以及人工智能将在我们的生活中越来越常见，比如说无人驾驶汽车和无人机等。现在机器人面临着无法像人类一样灵活的难题，但是它们不需要像我们人类处理所有的环境信息。此外，随着机器人技术的发展，我们能制造出更智能的机器人，进行日常工作，并接手人类不愿或不能进行的工作。
 
15 先进的蓄电池技术：你知道你的智能手机如何能够续航许多天吗？目前的锂离子电池技术是非常昂贵而且易燃的，这对于部分领域来说有点太危险。因此我们将目光转向可持续能源时，新型蓄电池能够为我们的汽车、家庭等提供能源。

来源：腾讯科学