一、世界前沿技术发展趋势与特点

（一）人工智能引领前沿技术加速进步，颠覆性技术交叉融合效应进一步释放

2023年，以生成式人工智能为代表的人工智能技术加速迭代，深度重塑工作流程和产业生态，深刻影响经济社会运行方式；人工智能（Artificial Intelligence，AI）赋能科学计算，深刻变革科研范式，带动量子、生物、材料、能源等前沿技术飞跃式发展，颠覆性成果密集涌现。

AI产业发展势头强劲，技术迭代速度越来越快，进入爆发式发展阶段。头部机构产品性能实现突破式进展，美国OpenAI、谷歌（Google）等公司生成式AI新品不断涌现（见图1-1）且在多项人类测试中表现优异。谷歌DeepMind、斯坦福大学（Stanford University）李飞飞研究团队、特斯拉（Tesla）等开始将多模态大语言模型和机器人数据结合训练人形机器人，开发出可自主感知决策和执行的具身智能系统。DeepMind推出全球首个视觉语言-动作（Vision-Language-Action，VLA）模型RT-2，可作为机器人感知大脑，通过对话式命令执行复杂任务。人形机器人正快速进化成能够理解、推理并与物理世界互动的智能系统，可深度融入经济社会的人类行为体将出现。

AI成本降低，进一步向大众普及。OpenAI新推出的GPT-4 Turbo支持用户个性化定制，并分享至GPT Store，彻底颠覆传统应用程序构建模式；应用程序编程接口（Application Programming Interface，API）价格降到1000美分/输入。人形机器人成本不断降低，将很快进入商业化应用，如特斯拉擎天柱（Optimus）可执行灵活复杂任务，预计售价约2.5万美元；斯坦福大学符博士团队开发的ALOHA可完成各种家务，成本仅3.2万美元。非人类行为体将出现，对其责权利界定将成为科技治理的新挑战。

AI模型将在小型设备上部署和运行，未来将极大拓展应用范围。英特尔（Intel）、高通（Qualcomm）和超威半导体（Advanced Micro Devices，AMD）等芯片巨头预计将推出支持AI的芯片，或将彻底改变计算机视觉和语音转文本服务等任务的本地处理。

AI带来算法重塑并极大提高了科学研究探索效率，使生物、材料、能源等技术进步获得极大加速，并向各领域传导。特别是生物、材料等技术对其他领域具有强渗透性，其技术产生的颠覆性变革进一步向电子信息、医疗健康等领域传导，将引发更大的进步与变革。DeepMind推出的AlphaFold 3可预测蛋白质数据库中所有分子，精度达原子级；GNoME预测出了220万种新晶体，相当于人类历史近800年以来的知识积累，GNoME工具改变材料研发范式（见图1-2）。卡内基梅隆大学（Carnegie Mellon University）基于GPT-4构建的Coscientist系统4分钟内即成功复现了获得2010年诺贝尔化学奖的化学实验。超级计算机和3D打印技术的进步也使可控核聚变发展获得极大提速。

量子计算有望成为解决AI算力瓶颈的颠覆性力量，量子计算与AI结合是未来重要趋势之一。美国2024财年国防预算提出，重点研发用于增强AI的量子计算。美国谷歌和IBM等科技巨头，以及Rigetti和IonQ等初创公司都在研究量子机器学习。美国微软与Quantinuum公司合作提高了量子计算机的纠错能力，从30个物理量子位中产生了大约4个可信量子位，计划于2024年年内向微软云计算客户提供该技术。

（二）颠覆性技术走向应用，科技创新注重可及性

前沿技术应用步伐加快，对传统行业的颠覆性变革作用日渐显现，未来一段时期将进入技术加速迭代、物质与人才资源抢夺加剧、规则体系重新建构的关键时期。

由于无人驾驶技术日益成熟，传统汽车及交通行业面临颠覆。2023年，自动驾驶技术获得里程碑式进展，应用已在多国落地。瑞士苏黎世大学（University of Zurich）研究团队设计的自动驾驶系统Swift，驾驶无人机的能力可在真实世界中一对一冠军赛里战胜人类对手。中国百度、小鹏、华为的无人驾驶汽车已投入运营。美国谷歌无人驾驶汽车项目Waymo在旧金山投放无人驾驶出租车。特斯拉、优步（Uber）等公司的自动驾驶相关产品也已路测。随着智能汽车商业化速度加快，传统汽车和交通运输业不得不面对颠覆性改变，并对未来经济社会运行方式产生深远影响。各国围绕交通立法及监管展开探索，围绕数据治理规则的博弈愈加激烈。

能源技术变革与商业化推进加速。一是氢能进入商业应用。有史以来最大的氢电动力飞机“道尼尔228”（Dornier 228）在英国首飞成功；德国氢动力零排放航空公司（Realizes Hydrogen-Powered Zero-Emission Aviation，H2FLY）、美国环球氢能公司（Universal Hydrogen）和美国ZeroAvia公司均实现了里程碑式的氢动力飞机试飞。《科学》（Science）期刊估算“白氢”开采成本仅为每千克0.5欧元（约合0.54美元）。全球学术界已展开“寻找天然氢（白氢）热潮”。二是可控核聚变技术不断进步。得益于超级计算机和3D打印的技术进步，核聚变设施实现精确建模和制造，使商业化进程提速。例如，美国氦核能源公司（Helion Energy）与微软（Microsoft）签署了历史上首份核聚变能源商业合同，2028年为微软提供至少50兆瓦电力。三是钠电池产业将进入高速增长阶段，技术获得新突破。例如，中国江淮、孚能推出钠离子电池汽车；美国马里兰大学（The University of Maryland）开发出基于钠超离子导体材料的固态钠电池架构，其性能优于目前的钠离子电池。

军事科技发展展现全新面貌，战争向智能化、无人化、高效费比方向加速转变。俄乌、巴以冲突显示出科技深刻改变了战争形态。一方面，高精尖武器装备进入实战，且技术仍不断向上突破。一是无人智能装备大量用于实战且效果显著。例如，乌军“海上宝贝”（Seababy）新型无人艇可密集发射火箭弹，无人艇从一次性进攻工具转变为性价比更高、可发动多次攻击、打击能力更为多元的全新水面作战平台；俄罗斯正在开发多种无人地面载具原型机，将组建包含无人战车、无人机和自行火炮群等的“机器人部队”，完成作战任务。美国启动“复制者”（Replicator）计划，加速部署小型无人装备。二是定向能武器投入实战，持续向高功率发展。各军事强国均在研发兆瓦级激光武器。三是AI自主武器研发进程加快。例如，美国国防部（Department of Defense，DoD）更新了国防部指令3000.09“武器系统中的自主性”（DoD Directive 3000.09 Autonomy in Weapon Systems），并提出“可信任AI”（Trustworthy AI）的监管原则，为加速开发自主武器创造条件。OpenAI公司宣布不再明确禁止将其技术用于“军事和战争”。另一方面，高效费比武器创新频现。俄乌消耗战和巴以间的不对称战争持续催生低成本军事技术创新成果。例如，乌克兰使用纸板无人机进行“自杀式”袭击；哈马斯使用简易滑翔装置突击攻入以色列。大规模使用小型化、低成本的无人智能武器正在成为未来战争的一种新技战法。一些极端组织利用地缘优势以低击高、以小博大，给对手造成极大困扰和威胁。例如，也门胡塞武装与美国军舰和航母在红海对峙。未来，军事冲突门槛将进一步降低，对世界地缘政治局势产生深刻影响。

（三）全球科技创新增速放缓，创新行为越发谨慎

2023年，全球研发投入总额呈现增长态势，但增速逐渐趋缓。在经济增长放缓、通货膨胀引起的利率上涨和供应链紧张等多重因素影响下，研发投入增速正在下降。根据弗雷斯特研究公司（Forrester Research）预测，2023年全球科技支出增长4.7%，达到4.4万亿美元，但增速相比于2022年下降约1%。在政府研发投入方面，美国2024年拟提供2100亿美元联邦研发资金，相比2023年33%的增速，2024年仅增长约5%；中国2022年政府属研究机构经费增长2.6%，低于2021年9.1%的增速。在企业投入方面，2022年全球2500强企业在研发投入方面总额为13552亿美元，增速较2021年下滑1.9%，其中美国公司研发支出占总额的42.1%；中国公司研发支出占总额的17.8%；欧洲公司研发支出占总额的17.5%。研发投入增速下滑体现了政府和企业对于研发资金更审慎的分配，对未来经济和技术发展持谨慎态度。2022年全球研发投入排名前10企业如表1-1所示。

创新产出持续增长，但增速出现下滑。根据世界知识产权组织（World Intellectual Property Organization，WIPO）统计数据，2023年全球创新者共提交了278938份专利申请，较2022年增长了2.1%，其中亚洲办事处受理了全球申请量的55.3%，欧洲办事处受理了全球申请量的21.8%，北美洲办事处受理了全球申请量的22%。中国和美国是专利申请量最多的国家，土耳其和新加坡是增速最快的国家。从专利公开的技术分布来看，2023年专利公开量同比下降2.2%，34项技术领域中仅有7项为正增长，其余领域均有不同程度的下降，电机、仪器和能源领域专利公开量增速最快，计算机技术和数字通信技术依然是专利公开量最多的领域（见表1-2）。从科学期刊产出状况来看，美国国家科学与工程统计中心（National Center for Science and Engineering Statistics）数据显示，2022年全球科学期刊总量达到330万篇，是近五年增长幅度最小的一年，中国仍然是最大的科学期刊产出国，其次是美国、印度、德国、英国和日本，并且中国是前十大科学期刊产出国中唯一产量正增长的国家。

人工智能成为2023年科技创新最引人注目的领域。企业服务数据库（Crunchbase）的数据显示，2023年全球风险投资额为2850亿美元，同比下降38%，是2018年以来的最低水平。人工智能领域新增22家独角兽企业，但同比下降39%。在大多数行业融资额都下降的环境下，人工智能却成为2023年风险投资额增长最快的行业，全球人工智能初创公司的融资额达500亿美元，同比增长9%，同时半导体和电池技术的投资也在逆势增长。

《2023年世界前沿技术发展报告》指出，全球经济放缓可能影响全球研发的增长。目前这种影响正逐渐显现，若趋势无法扭转，或将限制新技术的涌现、减缓产品和服务的更新迭代，从而制约整个创新生态系统的健康运作。但从目前来看，随着能源价格下降、供应链修复和通胀下降，未来经济状况或有所改善，各主要国家仍将创新能力及对未来产业的布局视作战略必争领域。根据2023年世界知识产权组织发布的《全球创新指数2023》（Global Innovation Index 2023），瑞士、瑞典、美国、英国和新加坡是2023年世界上最具创新力的经济体，中国总体排名第12位，是唯一进入全球创新指数前30名的中等收入经济体。全球科技集群100强中前五名均位于亚洲，中国拥有全球百强科技产业集群的数量首次超越美国。人工智能、新能源技术和健康领域正在引领新兴技术浪潮，全球各经济体仍需依靠科技创新、研发投入的增长，在战略自主、技术主权、经济安全等方面的影响下参与未来竞争。

（四）科技安全问题愈加突出，传统治理体系面临变革

人工智能、量子、生物等前沿科技飞速进步，应用日渐广泛，对人类生产生活的渗透和介入趋于深入，对既有的劳动关系、法律制度、社会伦理造成不同程度的冲击。

AI引发的新治理问题将密集涌现。一是生成式AI引发的信息安全问题日益增多。随着应用日渐普及，生成式AI引发的信息造假、网络安全问题也随之指数级增加。二是具身智能的治理问题。人形机器人技术日趋成熟，可在很多领域替代人类，对经济社会渗透性逐步增强，非人类行为体将出现，对其责权利界定将成为科技治理的新挑战。三是无人驾驶监管问题。无人驾驶将进入大规模商业推广阶段，对交通立法与治理提出了新挑战。

生物安全风险的概率和危害程度均大增。机器学习、ChatGPT等人工智能技术改变了生物技术研发范式，在极大提升研发功效的同时，也极大地拉低了基因编辑、合成生物学的知识门槛。例如，通过与ChatGPT对话，非科学家也可快速掌握操纵生化反应、设计制造生化武器的方法。生物技术被滥用、恶意使用的概率呈指数级增加。

自主武器失控风险升高。美国空军负责AI测试与作战行动的塔克·汉密尔顿上校（Tucker Hamilton）在2023年5月举行的一次研讨会上曾描述了模拟演习中的自主武器失控情形：AI因认为人类操作员命令干扰任务而杀死了操作员。当前，多国在研发和部署可“更快、更有效应对威胁”的致命性自主武器。但国际社会尚缺乏对自主武器进行管理的共同规范，这极大地增加了其失控风险。

美国2024财年国防预算提出重点研发用于增强AI的量子计算，若其率先实现“量子AI”，将推动机器学习和算法技术实现重大突破，使AI实现强大的预测功能。而“量子AI”也势必导致AI算法透明度和可解释性大幅降低，或脱离人类控制。

在地缘政治紧张局势下，个别国家罔顾甚至利用新兴技术的安全风险，将其武器化，进一步增加了全球各国对新兴科技的治理难度。面对这些新问题、新风险、新挑战，全球现有体系对新兴科技治理的局限性和滞后性凸显，治理体系变革迫在眉睫，亟须各国合作面对。

（五）中美科技博弈烈度上升，世界或将出现两套平行技术生态体系

中美围绕制裁与反制裁博弈持续升级。2023年，美国全力深化“小院高墙”政策，持续加强技术出口管制、对中国企业实施经济制裁。为应对国际形势的变化与挑战，中国相应持续推进反制裁、反干涉、反制长臂管辖，中美双方制裁与反制裁斗争越发频繁。一方面，美国强拉盟友加大对华科技崛起打压。为遏阻中国获得先进芯片制造能力，美国施压日本、荷兰收紧对华出口限制，导致2023年5月日本宣布对23种半导体设备和材料进行出口限制；6月30日，荷兰宣布限制向中国出口高端深紫外（Deep Ultraviolet，DUV）光刻机。另一方面，针对美欧举措，中国积极应对。2023年7月3日，中国商务部与海关总署联合发布公告，宣布对镓、锗相关物项实施出口管制；7月31日，中国商务部、海关总署、国家国防科工局、中央军委装备发展部又发布2023年第27号、28号公告，对无人机相关物项实施出口管制、对部分无人机实施临时出口管制。

中美均围绕多边合作展开科技外交。美国以科技“竞赢”中国为目标，进一步构建新型国际合作网络，打造新的利益联盟，推动全球关键和新兴技术格局重塑。2023年1月，美国国务院成立关键和新兴技术特使办公室（Office of Critical and Emerging Technology，CET），一方面美国积极利用北约、七国集团（Group of Seven，G7）部长会议等已有平台开展科技合作，另一方面加快推动以美国为主导的新多边机制发挥作用。截至2023年12月，美欧贸易与技术委员会（U.S.-E.U.Trade and Technology Council，TTC）已共计召开四次部长级会议，成为美欧产业和技术合作的重要制度平台；2023年，拜登政府以印太经济框架（Indo-Pacific Economic Framework for Prosperity，IPEF）为总体架构，以“芯片四方联盟”（Chip 4）、“四方安全对话”（Quadrilateral Security Dialogue，QUAD）等“小多边协议”作为机制，正逐步推进印太地区半导体供应链合作布局。同时，中国发起的“一带一路”倡议也将科技创新与国际合作作为重点方向，2023年，中国首次举办“一带一路”科技创新部长会议、首次发布“一带一路”科技创新合作成果、首次提出《国际科技合作倡议》。

中美积极向国际社会推广各自科技治理理念。人工智能是大国科技竞争的前沿领域，但全球治理尚处于起步阶段。2023年2月，美国国际开发署（U.S.Agency for International Development，USAID）提出“增进数字民主倡议”（Advancing Digital Democracy Initiative），以价值观划分阵营，推广其人工智能治理理念。7月，美国提出重返联合国教科文组织（United Nations Educational，Scientific and Cultural Organization，UNESCO），借该组织正在制定人工智能规则、规范和标准的契机，抢抓全球人工智能治理主导权。11月，美国国务院宣布，已有澳大利亚、英国、加拿大、芬兰、法国、德国、日本、荷兰、新加坡和韩国等46个国家支持美国政府于2023年2月16日在荷兰海牙“军事领域负责任使用AI峰会”（The Summit on Responsible AI in the Military Domain，REAIM Summit）上首次发布的《关于负责任地军事使用人工智能和自主技术的政治宣言》（Political Declaration on Responsible Military Use of Artificial Intelligence and Autonomy）。该宣言共涵盖10项具体措施，指导负责任地开发和使用人工智能和自主军事应用。中国也积极推出自己的治理倡议。2023年10月，习近平主席在第三届“一带一路”国际合作高峰论坛开幕式演讲中提出《全球人工智能治理倡议》，围绕人工智能发展、安全和治理三个方面系统阐述了人工智能治理的中国方案，强调中方愿同各方就全球人工智能治理开展沟通交流、务实合作。11月1—2日，在英国布莱奇利园（Bletchley Park）举行的首届人工智能安全峰会（AI Safety Summit 2023）上，中方代表团积极宣介《全球人工智能治理倡议》，并与相关国家开展双边会谈。

这种状况下，全球科技体系分化不可避免。未来，全球或将出现两套平行的科技生态体系。例如，在数据跨境传输规则方面，以中美为引领的分治态势日渐清晰；在移动操作系统方面，华为鸿蒙（HarmonyOS）5.0将不再兼容安卓（Android）系统；在AI技术、生态和治理方面，中美已发展为两套体系；在下一代通信方面，中美企业IMT（5G/6G）波段选取也各自不同。