2020年，新冠肺炎疫情肆虐全球，重创了世界经济，严重打乱了正常的国际社会交往，对人类的生命健康形成了致命的威胁，给国家安全带来了重大的危机，给社会治理带来了极大的挑战。世界各主要经济体围绕抗疫斗争、重振经济、维护国家安全等主题展开激烈博弈。各领域科技创新在恶劣的外部环境中继续展现活力，人工智能、量子科学、生物医疗等领域都取得了重大突破，智能技术、数字技术、无人自主技术、网络虚拟技术在疫情中展现出了巨大生机，数字经济在逆境中蓬勃发展，科技成为各大国摆脱疫情泥沼及开展大国博弈值得依赖的主要抓手。
一、世界前沿技术发展趋势与特点
1.1 新冠肺炎疫情重创全球经济，科技创新在疫情阴影下逆势突破
2020年，新冠肺炎疫情席卷全球，全球经济遭遇自20世纪30年代大萧条以来最严重的衰退。国际货币基金组织(International Monetary Fund，IMF)发布的报告显示，2020年全球国内生产总值(Gross Domestic Product，GDP)增长率按购买力平价(Purchasing Power Parity，PPP)计算约为-4.4%。其中，美、欧、日等发达国家和地区经济增速大幅下滑;中国经济“一枝独秀”，率先实现经济正增长，成为世界经济最突出的亮点;新兴市场和发展中经济体处境艰难，复苏前景充满不确定性。作为抗击新冠肺炎疫情及恢复经济社会发展的重要推动力，科技创新作为各国发展战略的核心地位更加突出。尽管受疫情和经济下行影响，许多国家的科技工作者面临经费削减、实验中断、合作受阻、会议取消等重重困难，但他们探索的脚步并未停止，全球科技创新依旧突破不断，成绩亮眼。
疫情之下，生物安全问题空前凸显，人类健康成为科技创新的热点领域。为应对新冠肺炎疫情，各国纷纷出台支持政策，新冠疫苗研发速度打破历史纪录，灭活疫苗、减毒疫苗、亚单位疫苗、DNA疫苗、mRNA疫苗、病毒载体疫苗等多种疫苗的研发均取得重大进展，并展现出有效遏制疫情的巨大潜力。在疫苗研发之外，其他生物医药领域也取得突破性成果：细胞疗法、基因疗法在实体瘤、遗传性疾病等领域开展的早期临床试验中显示出初步疗效;新一代AlphaFold人工智能系统可以精准预测蛋白质的三维结构，为人类探索药物分子世界提供了强大的工具;迄今最大规模人类遗传变异体目录的公布，有助于提供人类生物学特征和疾病的重要见解等。
基础科研稳步推进，颠覆性技术日渐成熟。在基础科学方面，科学家重现地球3亿多年的生物多样性变化历史;首次探测到新型太阳中微子;首次在原子尺度上拍摄到化学键的形成与断裂的动态影像;首次在超高压力下实现室温超导;首次获取“从头到尾”完整的人类X染色体序列;首次突破冷冻电镜成像在分辨率上的限制，将分辨率提高到单个原子水平等。在颠覆性技术突破方面，美国非营利组织OpenAI发布具有1750亿个参数的GPT-3 AI语言模型;麻省理工学院(MassachusettsInstitute of Technology，MIT)仅用19个类脑神经元实现控制自动驾驶汽车;脑机接口技术帮助瘫痪男子重获触觉;“墨子号”实现基于纠缠的无中继千公里量子保密通信;中国造出“人造太阳”，可控核聚变技术取得巨大突破;3D打印为欧美对抗疫情发挥重要作用;全球央行数字货币“竞赛”加速等。
数字世界与物理世界加速融合，数字经济成为复苏新动能。伴随新一轮科技革命和产业变革的深入发展，以大数据、物联网、云计算、区块链、人工智能等为代表的数字技术日新月异，全球经济数字化转型已是大势所趋。2020年，在新冠肺炎疫情的影响下，远程办公、无人配送、智慧工厂等新技术加速落地，数字技术在疫情监测、在线医疗、线上消费、复工复产等方面得到广泛应用，为在物理隔离状态下有效的分布式工作、学习和生活的新模式提供有力支持，各国经济数字化转型步伐显著加快。根据世界经济论坛(World EconomicForum，WEF)分析，新冠肺炎疫情加速了在线购物与机器人配送、数字和无接触支付、远程办公、远程教育、远程医疗、在线娱乐、供应链4.0、机器人和无人机、3D打印、5G信息通信技术这10个关键科技的发展。由数字技术构建的新数字经济产业生态，正在形成更加强大的创新活力，成为推动后疫情时代和未来世界经济复苏与新旧动能转换的关键动力。
1.2 国际科技竞争愈加激烈，全球创新中心加速东移
当前世界正经历百年未有之大变局，新一轮科技、产业变革和突发的新冠肺炎疫情都正在加速推动全球经济、科技、文化、安全、政治等格局发生深刻的变化和调整，大国竞争已成为当今时代无法回避的主旋律。而大国竞争的核心不仅是军备力量和国内生产总值的竞争，更是新兴技术和高新产业之间的较量。科技在政治、经济、军事、外交等各领域的作用越来越重要，成为引领产业转型升级、军事变革和社会进步的决定性因素，被各国尤其是大国视为竞争中首要的、决定成败的力量。其中，各国将人工智能、量子计算、基因编辑、增材制造等科技作为优先事项加以布局，以求在全球科技和产业竞争中占得先机。
世界百年未有之大变局的一个重要趋势就是“东升西降、南强北弱”，科技创新领域的变化与政治格局变化一致。在创新投入方面，根据美国《研究与发展》期刊报告，新冠肺炎疫情导致的全球经济停滞直接影响创新投入，2020年，全球研发总支出为23252亿美元(按购买力平价计算)，同比缩减4.5%。其中，亚洲地区的研发投入占全球的份额继续扩大，达45.4%;北美地区的研发投入占全球的份额有所缩减，为26.9%;欧洲地区的研发投入占全球的份额为19.7%，同比下降0.9%。中国是2020年唯一研发投入正增长的经济体，达24426亿元，同比增长10.3%，研发强度达2.4%。根据《2020年全球创新指数》报告，在过去几年中，印度、中国、菲律宾和越南是全球创新指数排名进步最大的经济体，这4个经济体均已跻身前50位。在按专业领域划分的世界顶尖科技集群中，有17个位于中国。中国有望继续带领新兴市场和发展中经济体弥合世界创新鸿沟。随着中国等亚洲经济体逐年在创新排名中取得显著进步，全球创新中心正在逐渐东移。
1.3 科技安全风险日益突出，全球科技治理被提上重要日程
历次工业革命的经验告诉我们，新兴科技在给人类社会带来机遇的同时，也会带来严峻的安全和治理挑战。在以人工智能、大数据、云计算、5G、量子科技、生命科学等为代表的第四次工业革命浪潮席卷全球的同时，全球科技发展和风险治理也成为全球性的突出问题，尤其是衍生出科技解决方案和科技发展的风险治理两大议题。
全球化的迅猛发展极大地促进了人类社会的进步、财富的增长和经济社会生活交往的便利。然而，当世界各国享受这一进程带来的财富增长和现代化的同时，气候变化、生态危机、能源短缺、粮食危机、贫富分化、发展鸿沟、民粹主义、核扩散等一系列全球性难题也逐渐凸显。尤其是新冠肺炎疫情的全球肆虐警示人们，世界必须走相互依存、全球共治的道路，才能凝聚全人类的智慧与力量，共同应对包括传染病在内的各种全球性挑战。科技创新将成为解决全球性问题的重要支撑。譬如，精准医疗能为人们提供更有效的治疗方案;可控核聚变技术有望解决人类能源危机;碳捕集与封存技术能够缓解全球气候变暖等。
前沿科技在发展和应用的过程中伴随的技术伦理争议、公民隐私、数据安全、社会公平等重大风险问题，也是科技发展过程中面临的最重要的治理任务。如新冠肺炎疫情的防控使人脸识别技术获得高速发展的机遇，但其引发的公民隐私泄露和数据安全等问题不容忽视;大量智能化技术的普及给人们生活带来便利，但老年人陷入“数字鸿沟”成为社会问题;利用基因编辑技术对胚胎进行基因选择更引起全球性的生命伦理争议。随着越来越多的科技突破加速集中涌现，留给人类认识和防范相关风险及消弭冲突的时间越来越短。未来新科技革命引发的政治、经济和社会问题将进入凸显期，由此带来的用技术和制度进行应对与治理的任务会越来越繁重。如何居安思危，超前部署，完善科技发展的风险治理，妥善处理科技、人与社会的关系变得尤为关键。
二、主要经济体科技战略与政策动态
2.1 世界主要经济体强化国家战略科技力量部署，打造面向未来的发展新优势
美国紧扣国家安全和未来工业竞争力目标，加强重点领域的力量部署。特朗普签署2022财年《政府研发预算优先事项》(Fiscal Year 2022 Administration Research andDevelopment Budget Priorities)，强力支持国家安全、未来工业、能源环境、空天科技等领域的基础和应用研究。白宫发布《关键和新兴技术国家战略》(National Strategy forCritical and Emerging Technology)，重新定义20项关键和新兴技术(C&ET)，提出全力维护美国在量子技术、人工智能技术等尖端技术领域的领导地位。在这种顶层设计思想的指导下，美国政府密集出台了《国家5G安全战略》(NationalStrategy to Secure 5G of the United States of America)、《开拓未来的先进计算生态系统战略计划》(Pioneering theFuture Advanced Computing Ecosystem: A StrategicPlan)、《美国量子网络战略远景》(A Strategic Vision forAmerica's Quantum Networks)等一系列专项领域发展战略，聚合国家力量抢占关键技术竞争优势。
欧盟(European Union，EU)及欧洲主要国家大力追加重点技术领域的研发投入，强化自身科技力量。欧盟发布《2021—2027的年度财务框架》(Multiannual Financial Frameworkfor 2021—2027)、《塑造欧洲数字未来》(ShapingEurope's Digital Future)、《人工智能白皮书》(WhitePaper on Artificial Intelligence)、《欧洲数据战略》(European Data Strategy)等顶级科技战略，投入巨额资金支持人工智能、超级计算、量子通信、区块链等战略性技术发展，推动欧洲数字化转型并增强国家韧性。英国发布《未来科技贸易战略》(Future Tech Trade Strategy)，提出增加技术投资和大力吸引外资进入5G、工业4.0、光子学等新兴行业，以保持英国的全球科技强国地位。法国发布并实施首份国家研究战略，拟大幅增加科研预算至国内生产总值的3%，以帮助法国在日益激烈的全球科研竞争中居于领先行列。德国发布《国家生物经济战略》(National Bioeconomy Strategy)，提出2024年前投入36亿欧元发展生物经济;修订的2018年版《人工智能战略》(Artificial Intelligence Strategy)，提出2025年前对人工智能的资助从30亿欧元增加到50亿欧元。俄罗斯政府批准的《俄罗斯联邦量子通信发展路线图》(QuantumCommunications Development Roadmap)，提出2024年前在信息领域大力发展光纤和卫星量子通信技术、建立商业量子通信网络、发展量子物联网等120多项举措。
亚洲主要国家也围绕数字技术等新兴技术领域加紧进行战略布局。日本发布《科学技术基本计划(草案)》，提出未来科学技术创新的政策要点是发展数字技术、推动研究系统数字化升级等;宣布将实施7080亿美元的经济刺激方案，聚焦降低碳排放和推动数字技术发展。韩国发布《科学技术未来战略2045》(Science and Technology Future Strategies 2045)，拟投资约210亿美元用于人工智能、量子技术、生物健康、清洁能源、航空航天等领域高新技术的研发;发布《2021—2023年中小型企业技术发展分步实施计划》，计划每年投资约1.33亿美元发展人工智能、大数据、区块链和5G等新兴技术。新加坡发布的《国家人工智能战略》(National AI Strategy)，提出新加坡未来人工智能发展愿景、方法和5项重点实施计划。
2.2 世界主要经济体争相发展现代化军事科技，聚焦战略新疆域展开激烈竞争
多个国家的军费在疫情下逆势上涨，并聚焦军事尖端技术研发和武器装备升级。美国国会通过了总额为7405亿美元的《2021财年国防授权法案》(National Defense Authorization Act for Fiscal Year 2021)，军费连续6年上涨，其中专门拨付1000亿美元用于人工智能武器、高超声速导弹和军用5G等重点军事科技研发。英国首相约翰逊宣布将在未来4年增加约165亿英镑的军费投入，聚焦网络、空天力量、人工智能等高精军事技术。法国2021财年的国防预算为392亿欧元，同比增长4.5%，其中约50亿欧元用于加强核威慑力量，如研发弹道导弹核潜艇及第四代配备核弹头的空对地导弹。德国2021财年的国防预算为468亿欧元，同比增长3.8%，已连续5年增长，其中1.75亿欧元用于武器装备更新升级。日本2021财年的防卫预算为517亿美元，主要用于加强其在网络空间、外层空间和电磁频谱等新领域的作战能力。韩国2021财年的国防预算约487.7亿美元，同比增长5.4%，其中军事采购和研发预算增加1.9%，主要用于Baekdu侦察机系统等14个新型防御能力改进项目，并开展军事自动化系统、军用人工智能和大数据分析等技术研发。澳大利亚国防部发布《2020年国防战略更新》《2020年部队结构计划》，拟在未来10年投入超过1860亿美元的国防预算，主要用于研发新式远程导弹和水下侦察系统，以及提升网络安全能力等。
电磁频谱、太空、极地等新疆域的战略地位日益凸显，各主要国家在该领域的博弈日趋激烈。一是电磁频谱已成为军事强国博取战略优势的焦点。2020年，美国国防部(United States Department of Defense，DoD)发布新版《电磁频谱优势战略》(Electromagnetic Spectrum SuperiorityStrategy)，明确美军要通过夺取电磁频谱优势，掌握未来信息化战争的主动权。美国空军提出在2021年组建专业的频谱战联队，以提升美国空军在电磁频谱和电子战领域的作战能力。俄罗斯列装“百利娜”电子战控制系统，可自主发现和识别敌方的电子目标，选择最优的电子战手段破坏敌方的雷达、通信和卫星。德国成功开发出“卡勒特龙攻击”模块化机载电子战系统。日本更是在《2021财年防卫预算案》(Defense Budget for Fiscal 2021)中将电磁频谱作为重点强化关注的新领域，并计划于2021年设立电磁波部队。二是太空作为战略制高点，已成为大国竞争的新战场。近年来，美国极力推进太空军事化进程，不仅在顶层设计上发布新版《国家太空政策》(National SpacePolicy)，强调太空感知能力的重要性，制定太空行为标准，并且研发“小林丸”(Kobayashi Maru)和“太空篱笆”(Space Fence)太空跟踪监视系统，并装备“反通信系统Block 10.2”(Counter Communication SystemBlock 10.2，CCS B10.2)太空攻击武器，进一步加强太空攻防能力建设。此外，美国还依托《阿尔忒弥斯协定》(Artemis Accords)等计划，加强与盟国在太空领域的合作，企图构筑太空联盟防线，利用联盟力量提高威慑能力，维持太空霸权。俄罗斯则持续完善通信、导航和遥感太空系统能力，并利用“努多利”(Noudoli)系统验证其反卫星能力。北约为应对新一轮太空竞争专门设立了北约太空中心，加强太空信息收集及作战理论研究。英国、法国、日本等相继设立太空司令部或成立太空部队，构建太空攻防体系，以应对太空威胁。三是北极地区的和平局势正在发生重大变化。美国自2019年6月发布新版《北极战略报告》(Arctic Strategy)以来，已基本形成以参与极地大国竞争为主线、以强化极地军事实力为目标、以联合盟友为策略、以夺取极地地缘战略优势为目的的一整套极地战略。美国空军发布首个北极战略，着手加强北极地区的兵力部署和投资。美军分别与印度和挪威开展极寒地区作战训练，提升士兵在极寒环境中的作战能力。美国联合挪威对北极港口进行改造，以支持美国和北约潜艇锚泊和进行补给。俄罗斯则针锋相对地积极推进北极地区军事空天地一体化建设进程，连续发布《俄罗斯2035年前国家北极政策基本原则》(Basic Principles of Russian Federation State Policy in theArctic to 2035)、《北方航道发展计划》等文件，增加北极船只、机场、铁路及海港等基础设施建设，并先后部署了S-300、米格-31BM、苏-34多用途战斗机、反高超米波预警雷达、新型车载电子战系统及第二个防空师，完全按照实战要求进行北极军事体系建设，力图保持和强化对北极地区军事控制的优势。同时，俄罗斯还计划与中国、印度和新加坡讨论在北极地区开展联合项目，建立密切的经济合作关系。随着美、俄等国在北极地区军事部署的不断强化和地缘战略竞争的日趋激烈，北极地区的战略平衡将不可避免地遭受严重冲击，或将进一步助推地区军备竞赛，导致地缘冲突和区域安全风险升级。
2.3 新冠肺炎疫情推动全球科技、经济格局加速重构
一是疫情推动各国将生物安全上升至国家战略高度，生物技术和生物经济成为各个国家和地区国力博弈的焦点，成为核心竞争力之一。
美国发布《保护生物经济》(Safeguarding the Bioeconomy)报告，从国家高度确定保护和发展生物经济的战略方案;发布《2020—2030年国家流感疫苗现代化战略》(National Influenza Vaccine Modernization Strategy 2020—2030)，强化疫苗研发力量，并强调自主掌控疫苗研发、制造的供应链。欧盟发布《欧盟疫苗战略》(EU Vaccines Strategy)，以加速开发、生产和部署新冠疫苗;发布《欧洲制药战略》(Pharmaceutical Strategy for Europe)，推动强化具有前瞻性和抗危机能力的欧盟制药体系。世界卫生组织(WorldHealth Organization，WHO)启动“全球新冠疫苗供应计划”(GlobalCovid Vaccine Program)，提出在2021年年底前为成员国提供20亿剂新冠疫苗。截至2020年12月，全球已发表新冠病毒相关研究文章20余万篇，已有累计214款疫苗处于不同的临床实验阶段，7款疫苗投入使用，各国“预购”的新冠疫苗超过77亿剂。全球与新冠肺炎疫情相关的一系列生物安全基础研究和应用研究进入爆发期，成为各国争相挣脱疫情泥潭、重回正常经济发展轨道的竞争新焦点。
二是疫情促使加强供应链安全与韧性成为各个国家和地区的安全战略重点，促进供应链实现本土化、多元化发展已成为2020年的突出特点。
美国联合澳大利亚、印度、日本、新西兰等国组建“经济繁荣网络”，拟重构关键领域的供应链，解决对中国的过度依赖问题。美国还拟提供税收减免措施和250亿美元的“回流基金”补贴，推动美国制造业回归。欧盟启动2030年和2050年“欧盟战略性技术和产业关键原材料”(Critical Raw Materials for StrategicTechnologies and Sectors in the EU)的前瞻性研究，发布“2020年关键原材料清单”，启动“关键原材料行动计划”，提出摆脱对中国稀土、稀有金属等关键原材料供应链的依赖，重构关键原材料供应链，以确保欧盟掌握关键技术材料的战略自主权。日本为航天、医药、汽车等行业的日企提供约6.53亿美元的补贴，推动其将生产线从中国转移到日本或东南亚;日本、印度和澳大利亚还就启动三方“供应链韧性计划”(SCRI)进行磋商，以建立替代方案来减少对中国供应链的依赖。整体而言，各个国家和地区对供应链自主权和韧性的强调，以及已经开启的供应链本土化和多元化趋势，将对全球战略性产业的布局产生重要影响，极有可能导致全球产业链重构。
三是疫情助推数字业态发展，引爆数字技术应用。
新冠肺炎疫情防控极大地推动了电子商务、远程办公、在线教育、物流自动化等数字业态的发展，为物联网、分布式云、区块链、人工智能等数字新兴技术的发展和应用创造了新机遇。数字技术创新成为2020年的重大科技发展趋势。在全球领先的技术咨询公司Gartner发布的“2020年十大战略科技发展趋势”中，7项涉及数字技术，包括超自动化、透明度与可追溯性、边缘赋能、分布式云、自动化设备、实用型区块链和人工智能安全。在世界经济论坛发布的《2020年度十大新兴技术》中，3项涉及数字技术，包括空间计算、数字医疗、量子传感器等。各个国家和地区在此期间纷纷发布数字发展战略以抢占先机。如美国发布《联邦数据战略2020年行动计划》(Federal Data Strategy 2020 Action Plan)，提出成立联邦数据政策委员会、制定国家空间数据基础架构战略计划、改善人工智能研发模型、建立数据伦理和保护框架等;发布《数字战略2020—2024》(Digital Strategy 2020—2024)，提出加强国家数字生态系统的开放性和安全性，利用数字技术实现重大发展成果。欧盟发布《欧盟数字十年的网络安全战略》(The EU's Cybersecurity Strategy for the DigitalDecade)，强调推进全球开放的网络空间，在未来7年内对欧盟数字化转型增加3倍投资;制定《2020—2025年欧盟安全联盟战略》(EU SecurityUnion Strategy 2020—2025)，提出探索身份信息防盗用、增强数字调查执法能力。
2.4 美国特朗普政府严重破坏中国乃至全球科技发展，拜登政府上台后中美科技关系或呈竞合并存新趋势
2020年是美国大选之年，特朗普政府在将精力聚焦于国内事务的同时，在国际事务上大肆宣扬“中国威胁”，奉行“单边主义”“美国优先”等主张，采取“科技霸凌”做法，利用其全球科技领导地位，从技术、资本、市场、人才等多方面采取限制打压措施，尤其是借疫情变本加厉地推动科技问题政治化，以“国家安全威胁”等名义限制中美之间科技人才及产品的正常流动，极大增加了国际科技交流合作及跨国企业经营的政治风险，对全球科技创新生态造成了严重破坏。
2020年，特朗普政府对中国科技发展实行不遗余力地打压。其中，一是借新冠肺炎疫情极力鼓吹“中国责任论”“中国赔偿论”，唆使美国内华达州、得克萨斯州对中国政府发起诉讼并煽动全球多国跟随起诉，意图将中国政府及中国科技贬至道德困境，构建以对华孤立为特征的“科技新秩序”;二是鼓动全球供应链“去中国化”，与盟国发起战略性的“排华同盟”，如组建“经济繁荣网络”“D10民主竞争搭档俱乐部”，在数字业务、能源、5G等领域重组国际供应链;三是重点打压中国高科技企业及人才，利用“实体清单”“军事。最终用户清单”“军方企业清单”，对中国高科技企业和科研机构的技术出口、投资及进口采购进行限制，以及加强对中国学者和科技企业高管的审查、起诉甚至污名化。美国将科技问题安全化、政治化的做法严重地破坏了中国新兴技术和高新产业的发展，使中国科技创新的外部发展环境加速恶化。
美国拜登政府上台后发布的一系列政治、外交、科技主张，其根本思路或部分手法上都与特朗普政府有所区别，或将采用多边主义和长线思维，在全球关注的公共卫生、气候、能源及未来工业技术等重点领域，恢复美国的领导地位，拟通过重返退出的国际组织、重塑全球技术规则、领导国际技术标准制定等方式，增强美国的霸主地位及全球科技领导力。未来，拜登政府在涉及中美双边及全球治理的共同重大利益议题上，会秉持“合作、竞争、对抗”三位一体的政策立场，在气候、教育等符合美国国家利益的事项上，与中国开展合作的愿望迫切且有较大空间，但在对华定位上，仍然将中国列为最重要的竞争对手，高度重视中国新兴技术和产业发展对美国领导地位的冲击及供应链安全问题，重点关注人工智能、量子技术、半导体、5G等未来工业技术领域。在这些领域，美国或通过强化对华多边出口管制、建立民主国家技术联盟、主导科技规则话语权等形式，体系化地加强对华科技竞争或遏制力度。总体来看，在维持美国全球科技领导地位和遏制中国战略性新兴技术发展双重目标的指引下，美国新一届政府科技政策的一举一动都将对全球的技术发展进程、科技力量对比及产业布局产生重要影响。
三、重要前沿技术领域的研究进展
3.1 信息技术
2020年，信息技术作为全球经济增长的重要支柱，仍保持着高速、高质量的发展。5G、人工智能、大数据、云计算等产业规模持续扩大，量子技术、太赫兹技术等新兴技术发展迅猛。受新冠肺炎疫情影响，传统行业加速数字化、智能化转型升级，数字经济蓬勃发展。
（1）重要趋势
1)信息技术产业化规模持续扩大，数字经济与实体经济加速融合发展。美国白宫劳动力政策咨询委员会呼吁对数字基础设施进行空前的投资，以支持新冠病毒大流行后的经济复苏。美国咨询公司麦肯锡(McKinsey)预测，2030年前全球5G网络建设投资额将高达7000亿～9000亿美元，中低频5G网络将覆盖全球80%的人口(约70亿人)。美国国际数据公司(International DataCorporation，IDC)预测，全球云计算市场规模将在2024年超过1万亿美元，复合年均增长率将达到15.7%。世界半导体贸易统计组织(WorldSemiconductor Trade Statistics，WSTS)预测，2021年芯片销售额将增长8.4%，达到4690亿美元。美国亥伯龙研究公司(Hyperion Research)预测，到2024年，美国私营部门在量子计算产品和服务方面的支出可能会增加两倍以上，从2019年的2.5亿美元增加到8.3亿美元。
2)各国关注下一代移动通信技术，纷纷开始布局6G技术，以争夺领跑地位。尽管6G技术尚未形成国际标准，但世界多国均在抢跑以获取主导权。国际电信联盟(International Telecommunication Union，ITU)启动面向2030年及以后技术的研发，提出6G发展规划并启动6G技术研发。日本内政和通信部(Ministry of Internal Affairs and Communications，MIC)发布“6G综合战略”计划纲要，拟通过财政支持和税收优惠等手段推动6G技术研发，力争在2025年取得关键突破，在2030年实现6G商业化。韩国科学与信息通信技术部(Ministry of Science and ICT，MSIT)发布《引领6G时代的未来移动通信研发战略》，计划在2021—2026年内投资2000亿韩元研发6G技术，确保韩国在2029年前成为首个6G商用的国家。美国高通(Qualcomm)、微软(Microsoft)、脸书(Facebook)、InterDigital、威瑞森电信(Verizon)、美国电话电报公司(AT&T)和德国电信美国子公司(T-Mobile)等头部公司宣布共同成立6G联盟，致力于在未来10年内推动美国的移动技术在6G及相关行业处于领先地位。
3)疫情期间网络流量激增，网络攻击活动日益活跃，医药研发机构、商业公司及政府部门等成为黑客攻击的重点。腾讯安全发布的《2020年DDoS威胁白皮书》显示，2020年全球分布式拒绝服务攻击(DDoS)次数创下历史新高，同比增幅高达135%。攻击主要集中在第三季度，且8月和9月最为密集。黑客攻击抗疫机构，旨在干扰抗疫进程或窃取研究数据。中国、意大利、美国等多个医疗机构及疫苗开发组织遭黑客入侵。其中较为严重的入侵事件为美国环球健康服务公司(Universal Health Services Inc.)遭遇勒索攻击，其在全美范围内的250多家医院和其他临床设施网络中断，影响多名患者的治疗。对商业公司实施的攻击意在窃取敏感数据、影响公司运营及勒索资金。其中较为严重的入侵事件为美国顶级安全公司FireEye的敏感安全测试工具被盗。该工具可模拟多种入侵手段对计算机系统进行破坏性测试，一旦滥用，风险极大。针对政府机构的攻击更具有针对性和定向性，美国商务部、财政部和国土安全部等机构的系统均遭黑客入侵，洲际弹道导弹部队机密文件遭黑客窃取，政府机构网站遭恶意篡改;波兰在北约军演期间受到黑客攻击，多个网站被植入虚假信息;奥地利外交部的计算机系统遭网络攻击，内部系统受损。
4)全球半导体市场迎来并购热潮，半导体企业通过并购壮大自身实力以应对激烈竞争。美国英伟达公司(NVIDIA)宣布将斥资400亿美元收购英国ARM公司;模拟芯片企业亚德诺半导体公司(Analog Devices Inc.，ADI)宣布以210亿美元全股票收购模拟芯片公司美信(Maxim Integrated);AMD公司宣布出资350亿美元收购全球最大的现场可编程门阵列独立供应商赛灵思(Xilinx)，以扩大其日益增长的数据中心业务;美满电子科技公司(Marvell)宣布将以100亿美元收购Inphi公司;韩国SK海力士公司(SKHynix)宣布将以90亿美元收购英特尔(Intel)NAND存储芯片业务。
5)全球各大经济体加强对科技巨头的监管，防止其利用领先地位破坏市场公平竞争。美国及欧盟对谷歌(Google)、脸书(Facebook)、亚马逊(Amazon)和苹果(Apple)等大型科技公司展开反垄断调查并提起诉讼。日本政府称将与美、欧共同加大对科技巨头的反垄断审查力度。同时，欧美国家通过立法、机构改革进一步推进反垄断工作，如美国司法部公布立法提案，拟削弱互联网公司的法律豁免权;欧盟发布《数字服务法案》和《数字市场法案》草案，意在明确数字服务提供者的责任并遏制大型网络平台的恶性竞争行为;英国政府计划成立数字市场部门以监管科技巨头，从而遏制和规范这些公司的运营。
（2）重大进展
1)各国持续加码量子计算研究，量子计算机性能不断增强。美国陆军研究实验室(Army Research Laboratory，ARL)与麻省理工学院的研究人员合作证明了室温下量子计算的可行性。研究人员通过计算机模拟证明，可在非线性光学晶体中制造空腔并将光子暂时捕获在其内部，以此建立量子位，并用晶体腔是否带有光子表示不同的量子态，进而创建量子逻辑门。这一研究成果表明，结合非线性光学晶体的光子电路已成为目前在室温下使用固态系统进行量子计算的最具可能性的方法。中国科学技术大学的研究人员完成长距离量子纠缠实验，借助两种实验方案分别实现22千米和50千米的量子纠缠，创长距离量子纠缠新纪录。该实验发展了光纤内低损传输的高效光传输与量子纠缠技术，并实现了存储器光源经由长光纤传输后的远程干涉，降低了长距离量子纠缠实验中的高损耗问题。该成果有望帮助量子通信技术向传输距离更远、更稳定的趋势发展。
2)人工智能技术取得长足进步，基础研究持续深化，应用面持续扩大。底层算法、基础器件和机器学习解决方案朝着强算力、高精度、低能耗的趋势发展。人工智能服务于更多实际应用场景，提高生产力。美国国际商用机器公司(International Business Machines Corporation，IBM)的研究人员基于相变存储器技术开发了一种机器学习方案。该方案通过内存运算弥补了数据存储和计算环节分开的缺陷，在大幅降低功耗的同时兼顾了运算精度。美国内华达大学(University of Nevada)的研究人员受昆虫使用视觉信息估算飞行速度的方法的启发，开发了一种名为FLIVVER的新算法，可利用较少的计算资源，根据图像中物体的相对距离变化估算飞行器的速度。丹麦奥尔胡斯大学(Universitas Arhusiensis)的研究人员成功将谷歌公司旗下的人工智能软件AlphaZero(AlphaZero可在没有任何人工标注和知识预存的状态下进行自主学习)与专用量子优化算法结合，提高了量子计算系统的控制性能。
3)半导体技术持续发展，新工艺与新材料的研发不断刷新半导体性能和能耗纪录。中国台湾地区的台积电公司宣布在3纳米芯片制程取得重大突破，计划于2021年试产，2022年量产。该3纳米芯片制程工艺的晶体管密度达到2.5亿个/平方毫米，为7纳米制程工艺晶体管密度的3.6倍;性能较5纳米制程提升7%，能耗降低15%。美国阿贡国家实验室(Argonne NationalLaboratory，ANL)开发了分子层蚀刻技术。该技术不会破坏必要的器件结构，且与传统的薄膜蚀刻制造方法相比精度大幅提高，有望帮助研究人员寻找控制纳米结构几何形状的新途径，从而研发更小的电子器件，这或将为微电子学打开新的大门，并有望延续摩尔定律。美国加州大学洛杉矶分校(University of California，Los Angeles，UCLA)的研究人员开发了一种新方法，可使用二维半导体材料制造可编程电子设备。该研究打破了二维半导体的局限性，首次证明了超离子材料可用于控制二维半导体的电荷载流子类型，并创建了极性可切换的可编程电子组件，如二极管和晶体管等。
3.2 生物技术
2020年，新冠肺炎疫情在全球大爆发，不仅严重威胁人类的生命健康，而且深刻影响了全球生物医药的研发、应用进程和产业格局。基因编辑、合成生物学、mRNA疫苗等新兴生物技术在抗击新冠肺炎疫情中发挥了十分高效的作用，成为人类应对重大公共卫生事件的有力工具。受新冠肺炎疫情影响，医药供应链安全、生物经济、远程医疗等受到各国政府的高度重视，各国竞相加速调整和布局相关产业。同时，生物领域的颠覆性发展也在加速进行中，如人工智能赋能生命科学研究与生物医药研发，脑机接口技术正在突破人类神经信号传输的生理限制，创新疗法有望攻克困扰人类的多种重大疾病等。
（1）重要趋势
1)新兴生物技术高速发展，许多成果在应对新冠肺炎疫情中表现出强大的应用潜力，成为解决公共卫生和医学难题的有力工具。2020年2月，瑞士伯尔尼大学(University of Bern，UB)的研究人员利用基于酵母的合成基因组学平台，对新冠病毒进行化学合成和重新设计，有助于快速研究新冠病毒及其变异情况。2020年5月，美国麻省理工学院张峰团队研发的首个CRISPR新冠病毒检测试剂盒STOPCovid获美国食品药品监督管理局(Food and DrugAdministration，FDA)批准上市，将病毒检测时间缩短到15～45分钟;北京大学研究团队利用高通量单细胞测序技术，从恢复期患者的抗原富集B细胞中快速鉴定出新冠病毒中和单克隆抗体(mAb)，有望成为新冠肺炎靶向治疗药物。
2)新冠肺炎疫情导致全球医疗物资供应紧张，各个国家和地区纷纷强化自身医药保障和生物经济能力。2020年2月，美国国家科学院(NationalAcademy of Sciences，NAS)、工程院与医学院(The NationalAcademies of Sciences, Engineering, Medicine)发布《保护生物经济》报告，全面梳理了美国生物经济所处的内外部环境及面临的风险，提出了保护美国生物经济的战略，包括资助生物经济研究企业、壮大熟练劳动力规模、解决知识产权威胁、保护价值链和审查外国投资等。2020年11月，欧盟委员会(European Commission，EC)提出《欧洲制药战略》，旨在建立具有前瞻性和抗危机能力的欧盟制药体系，包括健全医疗供应链，提高欧盟制药业的竞争力、创新能力和可持续性，研发高质量、有效、绿色的安全药品等。
3)人工智能与生物医学加速融合发展，助力基础研究和应用研究不断取得新突破。2020年3月，美国IBM公司借助Summit超级计算机进行人工智能筛选药物分子，在8000多种化合物中筛选出7类有望治愈新冠肺炎的候选药物。2020年7月，中国李兰娟院士研究团队采用人工智能算法，从151种上市药物中筛选出5种药物，成为对抗新冠病毒的有效武器。2020年9月，联合国粮农组织(Food and Agriculture Organization of the United Nations，FAO)宣布，将着重开发农业领域的人工智能技术，促进实现粮食和营养安全的可持续发展。2020年11月，美国DeepMind公司研发的AlphaFold 2.0人工智能系统在国际蛋白质结构预测竞赛(Critical Assessment of proteinStructure Prediction，CASP)中拔得头筹，能够精确地基于氨基酸序列预测蛋白质的3D结构。
4)新冠肺炎疫情大流行凸显了远程医疗在向乡村和偏远地区提供优质医疗保健中的重要性，促进了各类健康数据监测传感器的研发与应用。2020年9月，美国卫生与公众服务部(Health and Human Services，HHS)与美国农村部(United States Department of Agriculture，USDA)联手开展农村健康计划，在农村地区合作推动远程医疗，以解决区域健康差异、向美国农村地区推广宽带服务和技术等。美国国立卫生研究院(National Institutes ofHealth，NIH)与多家学术机构和公司签订7份合同，拟开发有助于应对新冠肺炎疫情大流行的数字健康解决方案。该方案或将开发智能手机应用程序、可穿戴设备和软件等工具，可识别感染者并追踪其联系方式，跟踪经过验证的新冠肺炎测试结果，并监视感染者和潜在感染者的健康状况等。通过可穿戴设备和医疗监护设备等设备将人与互联网连接的“身联网”正在蓬勃发展，同时引发了数据泄露风险和技术监管挑战，因此，世界经济论坛发布研究报告——《身联网已来：应对技术治理的新挑战》，积极探讨身联网技术风险和监管措施。
（2）重大进展
1)mRNA疫苗首次投入临床应用，或将带来医药领域的巨大变革。2020年，美国Moderna公司研发的mRNA新冠疫苗，以及德国BioNTech公司与美国辉瑞公司(Pfizer)联合研发的mRNA新冠疫苗在3期临床达到所有疗效终点，保护率大于90%，相继成功获批上市，并快速在人群中大规模接种。mRNA疫苗与传统疫苗生效机制完全不同，传统疫苗使用活病毒、死病毒或病毒外壳部分物质，以训练人体免疫系统。而mRNA疫苗含有基因物质，由脂质体包裹，注射入体内后，肌肉细胞吸收mRNA并产生某种病毒蛋白，免疫系统会及时产生抗体和T细胞来抵御病毒的入侵。在此之前，虽然针对mRNA的研究已有20余年，但直到2020年，mRNA才首次用于进入市场的药物。mRNA疫苗具备高有效性、低成本、容易重新构建等特点，更有利于研究人员攻关艾滋病、婴儿呼吸道病毒、疱疹和疟疾等这些目前尚无成功疫苗的疾病。未来，mRNA技术或为癌症、镰状细胞病、艾滋病等带来低成本的基因修复希望。
2)脑机接口技术在重建瘫痪患者的神经控制与感受功能、捕捉大脑意识等领域不断涌现突破性成果。2020年2月，西班牙米格尔·埃尔南德斯大学(Miguel Hernandez University，UMH)开发了“仿生眼睛”脑机接口系统，可直连大脑视觉皮层使患者复明。同年3月，中国北京脑科学与类脑研究中心构建了新型光学脑-脑接口，在两只老鼠间实现了高速率的运动信息传递;4月，美国巴泰尔科研中心(Battelle Institute)和俄亥俄州立大学韦克斯纳医学中心(The Ohio State University Wexner Medical Center)的研究团队成功利用脑机接口系统强化了微弱的人体神经信号，帮一位脊椎严重损伤的受试者恢复了手部触觉;8月，美国Neuralink公司发布了微型脑机接口设备Link V0.9，依靠神经元活动成功预测了实验猪的行为。
3)创新疗法不断涌现，困扰人类的艾滋病等重大疾病有望被彻底治愈。2020年3月，英国伦敦大学的科学家对一位艾滋病患者使用干细胞移植治疗后，全部清除了患者体内的人类免疫缺陷病毒(Human ImmunodeficiencyVirus，HIV)。这是全球第二例被治愈的艾滋病患者，而移植所用的干细胞来自对艾滋病病毒具有天然抗性的CCR5基因突变者。2020年7月，巴西圣保罗地区的一位艾滋病患者经抗反转录病毒疗法与烟酰胺(维生素B3)的联合治疗后，停药66周后仍未检出HIV病毒，有望成为全球首例通过药物治愈的艾滋病患者，以及全球第3例艾滋病治愈患者。2020年10月，法国里昂国际癌症研究所(International Agency for Resach on Cancer，IARC)等机构的研究团队发现通过CRISPR/Cas9基因编辑技术靶向乙肝病毒，有望产生乙肝表面抗原，开发新型慢性乙肝治疗药物。2020年12月，美国天普大学(TempleUniversity)的研究人员使用CRISPR剔除了非人灵长类动物基因组中一种与HIV密切相关的猴免疫缺陷病毒(Simian Immunodeficiency Virus，SIV)，有望开创新的艾滋病疗法。
3.3 能源技术
2020年，新冠肺炎疫情席卷全球，全球经济深度衰退，能源供需受到明显冲击。为刺激经济，世界主要经济体纷纷推出绿色复苏计划，海上风电、光伏光热及绿氢企业加大了对研发和技术改进的投入，频频取得技术突破。核电方面，第四代核电技术继续成为各国的研究重点，美国和俄罗斯处于领先位置。聚变能方面，国际热核聚变实验堆正式步入实施阶段，日本新一代托卡马克等离子体实验装置JT-60SA完成主体建设，预计于2021年全部建成并开展实验。
（1）重要趋势
1)世界主要经济体纷纷推出绿色能源政策。在疫情的严重冲击下，世界主要经济体纷纷做出紧急应对，推出史无前例的刺激措施，将绿色复苏作为未来经济社会可持续发展的重大战略举措。美国能源部(United StatesDepartment of Energy，DoE)发布了《氢能项目计划》(HydrogenProgram Plan)，旨在加强基础技术和应用的研发，以多种资源和多种途径制氢，并确保在各种规模下都能以最低的成本生产、储运和使用氢能。该计划具体目标包括：将氢气的生产成本降至2美元/千克、将氢气的输配成本降至2美元/千克、将车载氢气的成本降至8美元/千瓦时及将电解槽的成本降至300美元/千瓦等。欧盟推出《欧盟氢能战略》，提出到2024年安装600万千瓦的电解设施以具备100万吨绿氢的制备能力，到2030年安装4000万千瓦的电解设施以具备1000万吨绿氢的制备能力。法国推出1000亿欧元的“法国恢复计划”，其中110亿欧元用于运输业脱碳，92亿欧元用于支持可再生能源研究，重点关注制氢技术。英国推出120亿英镑的“绿色工业革命十点计划”，推动海上发电、氢能产能、先进核能、电动汽车、零排放飞机和船只等领域的发展。西班牙推出《氢能路线图：对可再生氢的承诺》(HydrogenRoadmap：a Commitment to Renewable Hydrogen)计划，将于2024年安装300～600兆瓦的电解槽，到2030年将安装4吉瓦的电解槽。韩国政府出台“绿色新政”，计划在妥善应对气候和环境挑战的同时，提升韩国产业的环境标准合规竞争力，发展绿色经济。
2)风电机组大型化步伐加快。大型风电机组可在同等资源条件下增加发电输出功率，获得更多的发电量。2020年3月，中国中车株洲电力机车研究所在云南火木梁风电场吊装了西南地区单机功率和风轮直径最大的风电机组WT3300D146。2020年5月，全球海上风机制造巨头德国西门子歌美飒公司(Siemens Gamesa)推出14兆瓦的机组SG14-222 DD。该机组配备108米长的叶片，叶轮直径为222米，预期较前代11兆瓦的风电机组在同等资源条件下发电能力增加25%。同月，德国工程公司Aerodyn Energiesysteme推出了一款111米长的全新叶片，刷新了歌美飒公司风机叶片的长度纪录。这款叶片采用了创新的混合碳纤维和玻璃纤维增强的聚合物翼梁帽作为装置内部结构的一部分，减少了对相对昂贵的碳纤维的需求。此外，中国明阳智能公司发布全球最大半径直驱海上机组MySE11-203和全球最大半径直驱陆上机组MySE6.25-173，这些机组融合了先进的遗传算法和边缘计算等技术，可更精确地捕获风能。
3)光伏发电具备经济竞争力。根据国际可再生能源机构(InternationalRenewable Energy Agency，IRENA)于2020年6月发布的《2019年可再生能源成本》(Renewable Power Generation Costs in 2019)报告显示，2020年年初，全球已安装了580吉瓦的太阳能光伏发电系统，是2010年装机总量的14倍。2010—2019年，全球公用事业规模的光伏电站加权平均发电成本大幅下降了82%，从2010年的0.378美元/千瓦时降至2019年的0.068美元/千瓦时，而2020年全球光伏发电成本进一步降至0.045美元/千瓦时，约40%的光伏发电项目低于当地最便宜的化石能源电力。
4)绿色制氢技术备受青睐，发展迅速。传统的制氢方法利用电网发电进行电解水制氢，消耗大量电能，而利用风能、太阳能、生物质能等可再生能源产生的电力进行电解水制氢则能够节约电力资源，减少温室气体排放。西门子歌美飒公司与丹麦电解设备供应商Green Hydrogen Systems达成协议，双方将设计一套适用于单台风机的电解设备，以帮助风电制氢成本下降到化石能源制氢成本水平。日本于2020年2月完成了福岛氢能研究项目制氢装置建设，项目进入试运营阶段。整套装置由20兆瓦的光伏发电系统和10兆瓦的电解槽装置组成，是全球最大的光伏制氢装置。生物质气化制氢方面，美国能源部在《氢能项目计划》中指出，每年有超过10亿吨的家庭生物质和垃圾资源，可通过气化和蒸汽重整产生氢气。印度石油公司(Indian Oil)和印度科技学院(IISc)也签署了合作备忘录，计划在印度石油研发中心法里达巴德开展生物质气化制氢示范项目。
（2）重大进展
1)漂浮式海上风电建设进展显著。传统固定式海上风电只能在近海部署，且对海洋环境要求较高。而漂浮式海上风电设计灵活，可摆脱不同海床条件的束缚，近年来备受关注。2020年7月，西班牙雷普索尔公司(Repsol)的WindFloat Atlantic 25兆瓦浮式离岸风电场全部投产发电，这是全球首座半潜式海上风电场，也是欧洲大陆海域首个浮式海上风电项目。2020年9月，西班牙宣布将在西非摩洛哥西南附近及大加那利岛东南海域开发5个浮式风电场，装机容量超过25万千瓦。同月，法国道达尔(Total)与澳大利亚麦格理投资集团(Macquarie Group)共同宣布，将在韩国投资建设总装机容量达230万千瓦的大型浮式海上风电项目。2020年10月，由挪威国家石油公司Equinor主导开发的全球最大浮式风电场Hywind Tampen正式开工建设，总装机容量为88兆瓦，由11台西门子(SIEMENS)8兆瓦机组组成，将为挪威北海Snorre和Gullfaks近海附近的海上油气作业平台提供电力。
2)先进核技术取得突破。新冠肺炎疫情期间，核电在提供持续稳定的电力供应的同时，核电技术也取得巨大突破。在第四代核电技术方面，美国纽斯凯尔动力公司的小型模块化反应堆(SMR)已完成美国核管会的设计认证审查，该堆成为美国首个通过认证的四代SMR设计。俄罗斯启动铅冷快堆燃料制造设施的主设备安装，预计将在2022年完成建设。中国超临界水冷堆技术研发第1阶段的研发目标已完成，提出了超临界水冷堆总体技术路线，完成了中国百万千瓦超临界水冷堆CSR1000总体设计方案和材料选型方案。在核聚变方面，ITER项目是当今世界规模最大、影响最深远的国际大科学工程，旨在模拟太阳发光发热的核聚变过程，探索受控核聚变技术商业化的可行性。该项目于2020年7月在法国南部正式开始了为期5年的组装工作，预计将在2025年获得第一束等离子体。英国兆安球形托卡马克升级版(MAST-U)首次成功进行等离子体放电，后续将进行一系列试验，并探索将其作为聚变反应堆形态的可行性。在耐事故燃料方面，2020年2月，通用原子能公司(GeneralAtomics)和法马通公司合作开发使用碳化硅复合材料制造的耐事故燃料通道取代目前的锆合金燃料通道，可以提高通道的耐高温性能和抗氧化性，在严重事故情景下可显著减少氢气的生成量。2020年2月，美国全球核燃料公司(Global Nuclear Fuel)开发了耐事故燃料先导组件，完成了首个换料周期的辐照试验。
3)光伏技术创新不断，转换效率纪录不断被刷新。中国汉能控股集团的HJT电池达到25.1%的转换效率，刷新了中国HJT电池的转换效率纪录，也刷新了日本三洋公司此前达到的24.7%的全球转换效率纪录。加拿大阿特斯阳光电力公司(Canadian Solar)和中国晶科能源公司在多晶硅太阳电池方面连续打破了转换效率纪录，其中中国晶科能源公司创造了仔晶诱导铸锭(DS)N型多晶硅TOPCon(Thin Oxide Passivated Contact，一种钝化接触型电池)双面电池24.4%的全球最高效率。杭州纤纳光电科技公司小型钙钛矿光伏组件创造了18.04%的转换效率，刷新了此前由其保持的17.25%转换效率的世界纪录。
当前，世界百年未有之大变局加速演进，新冠肺炎疫情影响广泛深远，世界经济复苏面临严峻挑战，人类面临着全球气候变暖、环境恶化、重大自然灾害、能源资源短缺、粮食安全、生物安全、科技伦理等一系列重要全球性问题。习近平总书记在向2021中关村论坛视频致贺时调：“通过科技创新共同探索解决重要全球性问题的途径和方法，共同应对时代挑战，共同促进人类和平与发展的崇高事业”。这指明了科技创新在解决重要全球性问题中不可替代的作用。当前，新一轮科技革命和产业变革突飞猛进，科技创新广度显著加大、深度显著加深、速度显著加快、精度显著加强。实现建设世界科技强国的战略目标，必须抓住新一轮科技革命和产业变革的机遇，坚持把科技创新摆在国家发展全局的核心位置，把科技自立自强作为国家发展的战略支撑，深入实施科教兴国战略、人才强国战略、创新驱动发展战略，完善国家创新体系，实现高水平科技自立自强。
（来源：蓝海长青智库）
