2023年世界前沿科技發展態勢及2024年趨勢展望——綜述篇

國際技術經濟研究所全體同仁祝各位讀者朋友新年快樂、幸福安康。感謝大家長久以來的關註和支持，也期待未來我們能一直有你相伴。我們將在春節期間連續九天獻上專題文章「年度科技發展態勢總結與展望」，希望能為讀者朋友們提供些許參考。本文為專題開篇明義之綜述篇。

2023年，前沿技術進步對人類社會產生深刻影響，對傳統科技體系產生重大沖擊，科學家預言的技術奇異點時刻似乎已有跡可循。世界進入了以科技為核心的戰略競爭時代。為在這場世紀賽局中占據主導地位，美西方進一步深化科技對華競爭。2024年，智慧科技革命將持續深入進行，而地緣政治局勢不確定性將進一步加劇，科技變革與大國賽局相互交織，全球技術權力爭奪和秩序構建會更加復雜。

一、2023年前沿科技發展與競爭態勢總結

（一）人工智慧引領前沿技術加速進步，產業套用一觸即發，技術奇異點苗頭出現

人工智慧技術進入新階段，人機互動出現新範式。生成式人工智慧（AI）方面，OpenAI、谷歌等公司產品加速叠代，在多項人類測試中表現不斷重新整理紀錄。具身智慧方面，谷歌DeepMind、史丹佛大學李飛飛研究團隊、特斯拉等已開始將多模態大語言模型和機器人數據結合訓練人形機器人，正在開發可自主感知決策、執行的具身智慧系統。類腦計算方面，英國劍橋大學證明AI系統發展出類人腦特征。美加州理工學院、德克薩斯大學以及日本科研團隊分別開發出可無創讀取腦電波技術，將大腦活動視覺化或將資訊轉化為語言文字。

演算法重塑科研範式，一些具有強滲透力、影響既深且廣的技術獲得指數級加速。DeepMind開發的新演算法重塑生物、材料等技術科研範式，指數級加速研發。例如，DeepMind推出AlphaFold 3，可預測蛋白質資料庫中的幾乎所有分子，精度達原子級；推出的GNoME，預測出220萬種新晶體。卡內基梅隆大學基於GPT-4構建的「Coscientist」系統在4分鐘內即成功復現了獲2010年諾貝爾獎的化學實驗。

一些顛覆性技術趨於成熟，走向套用。無人駕駛方面，瑞士蘇黎世大學自動駕駛系統Swift駕駛無人機能力可戰勝人類對手。中國百度、華為無人駕駛汽車已開始商業營運。美國谷歌已在舊金山投放無人駕駛出租車。能源技術方面，德國pFLY公司、美國環球氫能公司和ZeroAvia公司均實作了氫動力飛機試飛。加拿大Cellula公司的超大型氫能無人水下航行器開始海上試驗。得益於超級電腦和3D打印技術進步，可控核融合發展也極大提速。美國氦核能源公司與微軟簽署了歷史首份核融合能源商業合約。量子技術方面，美國IBM、中國科學院等機構加緊推進量子計算商業化。中俄科學家已建立了借助中國量子衛星傳輸的安全金鑰進行加密的量子通訊。美加緊部署向抗量子密碼轉型。

（二）科技之變引發戰爭形態之變，軍事科技成為關註焦點，主要經濟體加緊國防工業轉型

俄烏和巴以沖突成為軍事科技創新「試驗場」，戰爭形態向無人智慧和高效費比轉變。一方面，加速強化智慧無人作戰趨勢。烏克蘭第五代無人水面艇成功偷襲俄巡洋艦；「愛國者」飛彈攔截演算法透過歷次實戰效果持續最佳化。俄羅斯對「馬克」等無人戰車進行演算法升級，首次組建包含無人戰車、無人機和自行火炮群的「機器人部隊」；在「柳葉刀」巡飛彈上安裝自動制導系統，內建演算法對烏實施自動攻擊。另一方面，俄烏和巴以沖突持續催生低成本軍事技術創新實戰套用。烏克蘭使用「科爾沃」紙板無人機發動襲擊。哈馬斯使用簡易滑翔裝置開展突擊。以色列使用制導降落傘精確補給。

軍事科技發展成為全球關註焦點，進一步驅動國防戰略調整和軍事裝備升級。從戰略層面看，各國加大國防科技投入，從科技角度設計、部署戰爭。美國正式啟動「復制者」計劃，「小型化、低成本、大規模」部署無人裝備；釋出國防科技領域首部綱領性指南【2023國防科技戰略】以及【2023年國防部網路戰略】【太空軍綜合戰略】檔，並首次修訂【自主武器系統指令】【資訊環境作戰戰略】。澳洲啟用「先進戰略能力加速器」機制。日本釋出【國家安全保障戰略】【國家防衛戰略】【2023防衛技術指南】等檔；南韓透過【2023年-2037年國防科學技術革新基本計劃】。從戰術層面看，科技套用深刻改變技戰術模式。 一是有/無人協同作戰模式趨於成熟。 例如，美海軍首支無人艦隊第59特遣隊已具備作戰能力。AI武器進入實戰化。例如，美國正進行自主系統語音操控武器及裝備技術研究；已將「唐諾文」軍事決策輔助系統、Hermes軍事規劃大語言模型等智慧決策模型引入聯合全域指揮系統中。 二是量子計算和量子傳感套用有機會顛覆傳統通訊和導航模式。 例如，美軍測試全球第一個基於量子接收器的遠端無線電通訊系統。美國空軍量子地磁導航系統、英國海軍量子加速計、澳洲國防科技集團的量子鐘均完成測試，實作拒止環境下的高精度無源導航。 三是高能雷射武器系統將重塑戰場飛彈防禦系統。 例如，以色列拉斐爾公司的「鐵束」雷射防空系統生成雷射功率持續提升。四是發展戰術級核武器支撐戰略級任務。美國宣布研發B61-13鉆地型核炸彈，其鉆地和內爆能力相當於同級別當量地面爆炸核彈三倍；俄羅斯「海燕」核子動力巡航飛彈憑借「無限航程」和超低空飛行構建新型戰略核威懾。

國防戰略和軍事技術升級帶動國防工業建設向跨域生產、快速生產和先進生產轉型。在生產合作上，采用「民參軍」和「友商采辦」模式。一方面，美透過國防創新部門（DIU）、國家安全創新網路（NSIN）加強與企業對接。另一方面，美深化與澳洲、南韓、日本、烏克蘭等國的國防生產合作。美國透過AUKUS框架支持澳潛艇工業；幫助澳建立飛彈制造工業基礎；與南韓防部達成供應安全安排；推動日本修訂防務裝備轉移政策。在技術上，加快采用數位孿生技術和3D打印技術進行生產，提高生產速度和效能。美國防部采辦與保障副部長辦公室設立「聯合生產加速器」（JPAC）小組，負責彈藥生產線擴建和先進制造技術套用。

（三）新疆域競爭烈度進一步上升，美強化戰略部署，搶占制高點

當前，太空、深海、極地、網路等新疆域戰略意義進一步凸顯。以美為首的西方體系泛化國家安全概念，將霸權思維滲透到新疆域。圍繞新疆域的地緣賽局進一步加劇。

主要國家持續強化太空作戰能力建設，掀起新一輪太空競賽。 美國釋出【太空軍綜合戰略】，明確太空軍事力量建設重點；啟動「分布式太空作戰人員架構」建設，推進新一代國防太空系統建設；透過在高軌部署「沈默巴克」和X-37B等先進太空裝備，進一步提升太空感知動態作戰能力；透過兩次「星艦」試飛快速推進技術叠代。俄羅斯宣布2024年前建成新的太空飛彈預警系統梯隊，航天器將在統一太空系統框架內部署。法國公布【2024年至2030年軍事規劃法案】法案，將啟動全新軌域空間監視計畫。印度成為第四個在月球軟著陸國家。日本批準【太空安全構想】檔，並深化與美太空軍事合作。另一方面，美試圖在太空交通規則、太空行動指導原則、月球資源管理等議題上掌握國際主導權。美持續推行其主導的月球倡議「艾爾忒彌斯計劃」；參議院透過【2023軌域永續性法案】，提升全球太空環境監管話語權。歐空局公布【零碎片憲章】倡議，將低軌衛星處置階段期限由25年縮至最多5年。

深海空間戰略競爭開啟，成為大國競爭新高地。 一方面，海底基礎設施價值進一步凸顯。2022年底發生的海底電纜被破壞事件凸顯海底基礎設施安全重要性。拜登政府當前正在修改2013年21號總統令「關鍵基礎設施安全與彈性」（PPD-21），進一步「強調」基礎設施作用。PPD-21將關鍵基礎設施分為16部份，其中4部份包含海底。另一方面，海底富含大量未開發的稀土礦床，但深海采礦技術仍處於相對早期階段，新技術商業化尚存不確定性。各國競相研發部署。中國建造的全球首制227公尺深海采礦船「如麗螺新紀元」出塢。法國首次實作無人機在海下3000-4100公尺的深海探測。日本正在開發可潛至7千米深海的國產水下無人機。

北極科學研究停滯，資源爭奪白熱化。 歐洲與北約成員國已暫停或大幅限制與俄學術研究合作。缺乏俄羅斯的地區數據，北極和全球氣候科學研究成效下降。在全球能源結構轉型下，極地資源成為各方爭奪關鍵目標之一。美國、俄羅斯、加拿大、挪威和丹麥近年均曾提出對北極地區大陸棚的主權要求。12月24日，美國單方面宣布擴大對北極和白令海大片區域大陸棚的主權要求，達100萬平方公裏。彭博社稱，美此舉目的是獲得關鍵礦產和油氣資源。俄稱美缺乏國際法律依據，國際社會有權不承認其所主張的「新邊界」。

網路空間陣營化、軍事化、碎片化趨勢顯著。 美利用網路技術優勢，擴散進攻性網路技術，將網路空間變為地緣競爭新戰場，全力塑造霸權地位，網路空間治理賽局加劇。美網路司令部下屬網路國家任務部隊（CNMF）去年底升格為次級統一司令部後，進一步集中資源，強化對外網路攻擊行動。2023年，美加合作在第三國開展「前出狩獵」行動。美國防部【2023網路戰略】首次提出美將與「全球盟友及合作夥伴共同建設網路能力，增強抵禦網路攻擊的集體復原力」。

（四）科技安全問題愈加突出，國際治理體系面臨變革，各主要經濟體搶抓話語權

前沿技術套用引發諸多風險，對現有生產關系、法律制度、社會倫理、戰場形態帶來不同程度沖擊。科技治理成為迫在眉睫的時代挑戰，各主要經濟體搶抓未來治理話語權。 一是AI治理迫在眉睫，各主要經濟體積極部署。 生成式AI套用日漸普及，引發資訊造假、網路安全問題指數級增加；AI軍事套用加速推進，自主武器失控風險高企。美國頒布【安全、可靠和值得信賴的人工智慧的行政命令】；釋出【關於負責任地軍事使用人工智慧和自主技術的政治宣言】，目前已獲47個國家支持。中國在全球率先專門立法演算法治理，並釋出【全球人工智慧治理倡議】。英國召開首屆全球人工智慧安全峰會，簽署【布萊奇利宣言】。七大工業國組織領導人釋出「人工智慧治理原則和行為準則」。歐盟公布【人工智慧法案】，作為全球首部人工智慧領域的全面監管法規。 二是傳統生物安全問題和新型生物安全風險交織，各國加強生物安全管控。 腦機介面、幹細胞、基因編輯、合成生物學等技術進展引發倫理道德爭議；機器學習、ChatGPT等AI技術極大降低了基因編輯、合成生物學知識門檻，非科學家也可操縱生化反應、設計制造生化武器。生物技術被濫用、惡意使用機率大幅增加。英國頒布【基因技術法案】，建立新的科學授權程式；中國印發【科技倫理審查辦法（試行）】，明確規定生物領域技術開發等科技活動的倫理審查工作；俄羅斯成立應對生物安全威脅委員會，評估生物安全威脅。 三是量子資訊科技極大威脅現代密碼安全，美加快後量子密碼規則制定。 量子計算演算法加速叠代，將對使用公鑰密碼學的網路和通訊等領域的安全造成嚴重威脅。抗量子密碼部署緊迫性高企。美國選定四種後量子密碼學演算法，並公布了三種演算法的標準草案，搶抓量子密碼國際標準制定權。

（五）各主要經濟體強化前沿科技部署，聚焦新能源與芯片產業競爭，全球產業鏈供應鏈加速重塑

一方面，各主要經濟體將前沿技術發展視為國家實力的重要基石，進一步強化戰略部署，加大資金投入，增設新機構，意圖搶抓新一輪科技革命和產業變革機遇。 美國推出【量子互連路線圖】【人工智慧研究和發展戰略計劃：2023更新版】【國家近地軌域研究與發展戰略】【「生物技術和制造目標」時間表】【國家創新路徑】等；釋出【保障美國的未來：關鍵技術評估框架】；設立31個區域創新與科技中心；總統科學技術顧問委員會成立生成式人工智慧工作群組；國家基金會宣布成立七個新國家人工智慧研究所。歐盟制定【新歐洲創新議程】，提出引領新一輪「深科技創新」。英國公布新的【科學技術框架】【無線基礎設施戰略】，成立科學、創新和技術部；啟動【2023國家量子計劃】，未來10年將在量子領域投資25億英鎊。德國釋出【未來研究與創新戰略】【量子技術行動計劃】【人工智慧行動計劃】。日本釋出【統合創新戰略2023】，從戰略高度推動尖端技術研發。南韓釋出【第一次國家研究開發中長期投資戰略(2023-2027)】，投入25萬億韓元發展12大戰略產業。

另一方面，新能源和芯片產業成為各主要經濟體爭相布局的焦點領域。 美西方持續推動關鍵供應鏈中「去中國化」，打造本土供應鏈。半導體方面，美國加緊落實【芯片與科學法案】，支持本土芯片制造。歐盟正式宣布【歐洲芯片法案】生效，預計到2030年將為歐洲半導體產業提供158億歐元資金支持，目標是將歐盟2030年在全球市場份額由10%提升至20%。新能源方面，美歐加快溫室瓦斯減排與技術研究，意圖主導全球氣候治理格局。美國啟動「迅速推進能源研究和知識的刺激計劃」。歐盟簽署【歐洲風電憲章】。

（六）科技領域大國賽局烈度持續上升，美進一步強化對華「競爭」部署，全球科技體系日趨分化

拜登政府進一步強化對華科技打壓，釘選關鍵領域，以全政府之力持續打造「小院高墻」。一是進一步強化先進技術出口管制。一方面，豐富政策工具箱；釋出【先進計算芯片更新規則】及【半導體制造物項更新規則】；持續加長管制清單；聯合日本與荷蘭共同實施對華管制，荷蘭ASML公司先進DUV光刻機已無法對華銷售。另一方面，加強出口管制執法。美釋出【保護美國智慧財產權法】，給予政府充足自由裁量權認定「智慧財產權問題」並直接實施制裁；多部門聯合成立「顛覆性打擊部隊」。二是阻斷科技創新要素向中國流動。美簽署行政令，限制AI、量子等領域對華投資。三是搶占競爭制高點。美釋出【新興和關鍵技術標準國家戰略】，加速搶奪新興領域國際標準主導權。四是強力開展科技外交，以「去風險」為名構建新的「去中國化」科技創新體系。例如，G7科技部長會議透過若幹條構建新科研秩序的舉措。

二、2024年前沿科技發展趨勢展望

2024年，世界將繼續在動蕩中前行。全球經濟分裂與下行壓力加大，地區沖突更加激烈。而科技革命將愈加深入。世界現有格局與國際秩序將面臨更大沖擊。

（一）新一輪科技革命洶湧推進

人工智慧爆發式發展，非人類行為體將出現。 一方面，AI技術持續向上突破，按目前速度叠代，可能很快就會在很多領域替代人類。在更強大的生成式AI加持下，人形機器人將前進演化成能夠理解、推理並與物理世界互動的智慧系統。另一方面，AI套用將向普及化、大眾化發展。OpenAI新推出的GPT-4 Turbo將API價格降到1000輸入/美分，且支持使用者個人化客製並分享至GPT Store。AI模型將在小型裝置上部署執行，英特爾、高通、AMD等將推出AI芯片，實作AI本地處理。人型機器人商業套用條件逐漸成熟，或將深度融入經濟社會。亞馬遜已開始測試套用Digit機器人，每小時執行成本僅為10-12美元。史丹佛大學開源機械臂ALOHA可執行復雜精細家務，成本僅3.2萬美元。西北大學開發AI系統可在數秒內從零開始自主設計制作機器人。非人類行為體將出現，對其責權利界定將成為科技治理新挑戰。

量子技術走向商業化，研發重點傾向於套用。 量子計算方面，IBM量子「Heron」已支持使用者透過雲平台存取，2024年，IBM會投入更多「Heron」處理器到市場。美國Atom Computing公司將於2024年推出1225量子位的量子電腦，這將是全球第一個量子位超1000的量子電腦。量子通訊方面，美國洛斯阿拉莫斯國家實驗室開發出新型光子偏振器，有望加速技術實用化。隨著技術成熟度提升，美已下調量子研發投入。2024財年國防授權法案將量子研究預算從2023年1.51億美元削減至9300萬美元，研發重點放在離子阱量子電腦等套用層面，並提出研發用於AI增強的量子計算。

顛覆性技術交叉融合效應進一步釋放，對傳統科技體系沖擊加大。 顛覆性技術交叉套用進一步向基礎層面延伸，將不斷引發出新的可能性。英特爾釋出新玻璃基板，「重新定義芯片封裝邊界」，推動莫耳定律在2030年後繼續延續。IARPA啟動生物組學分析儀器計畫研究，監測分析儀器將突破現有範式。而一些顛覆性技術的融合影響甚至無法預測。例如，量子計算與AI結合。若美成功開發出用於增強AI的量子計算，將推動機器學習和演算法領域出現重大突破，屆時AI預測能力將變得十分強大。

（二）軍事科技向高科技創新和低成本生產方向發展

2024年，主要國家國防預算持續加碼。例如，美國國防預算為8860億美元，創歷史新高；德國將超過800億歐元，幾乎是2019年的兩倍。法國2024年至2030年國防預算總額將增至4000億歐元；日本軍費開支將達創紀錄的7.7385萬億日元（約560億美元）。

以美為首的西方國家進一步調整軍事科技創新研釋出局。 一方面 ，主要國家加速對顛覆性國防技術的戰略部署。軍備現代化程度大幅提升，未來戰場規則將持續更新。美國2024財年將重點投資高超聲速武器、AI等顛覆性技術；全面更新核武器系統，推進艦艇、戰機和飛彈現代化；計劃2024財年在印太和歐洲地區建立兩個BRAVO人工智慧戰鬥實驗室；啟動部署數千個全域、可消耗、自主集群機器人。澳洲將重點加強遠端精確打擊能力建設，提升遠端彈藥制造能力。日本將聚焦高超聲速武器、海軍戰艦、F-35戰鬥機等能力建設，並將「盡早部署‘防區外’飛彈」。南韓將加快構建「三軸」系統，包括殺傷鏈系統、飛彈防禦系統以及「大規模懲罰報復作戰計劃」。 另一方面 ，主要經濟體加緊推進國防工業轉型。美國將透過「加速器計劃」等創新機制加強國防工業基礎，建設能大規模、快速、低成本生產的國防工業能力；加大與日本、印度、台灣的國防生產關系。法國公布【2024年至2030年軍事規劃法案】。日本透過新版「防衛裝備轉移三原則」和運用指標，進一步放寬防衛裝備出口限制。

（三）圍繞新疆域賽局將愈發激烈

太空方面，資源和規則將是爭奪焦點 。例如，頻譜資源。國際電信聯盟（ITU）已將月球通訊列入2027年世界無線電通訊大會議程，屆時，各國將就【無線電規則】修改進行討論。美國聯邦通訊委員會已為Intuitive Machines公司頒發了第一個月球通訊授權。 網路空間方面，將開啟新一輪軍備競賽。 美在網路空間的霸權野心、具有攻擊性色彩的作戰理念，將引發新一輪網路空間軍備競賽，威脅網路空間戰略穩定。美2024財年國防授權法案批準美軍網路空間活動總預算為135億美元；美陸軍計劃2030年前將網路部隊規模擴大一倍。 北極方面，緊張局勢將進一步加劇。 目前，北極地區相關合作機制已陷入癱瘓。現任理事會主席國芬蘭2023年10月並未將輪值主席權移交俄羅斯，俄宣布結束該機制。美國正在整合北極地區軍事力量，已與挪威、冰島、瑞典等環北極國家簽署防務協定，其軍事基地向美開放。美單方面宣布大陸棚主權的舉動可能導致緊張局勢加劇。俄羅斯國家杜馬遠東和北極發展委員會主席哈裏托諾夫稱美舉動「不可接受」。疊加北極地區的資源爭奪與航道問題，北極地區地緣賽局勢必升級，或將出現軍事沖突。 深海空間方面，競爭將上升為爭奪海洋主權的國家戰略賽局。 圍繞深海的資源爭奪戰已經展開。日本已明確將於2024年開始開采南鳥島附近的海底稀土礦床。各國加快發展深海探測能力，既可攫取資源又可用於海底基礎設施「攻防」。

（四）科技治理趨於碎片化

新技術發展將進一步沖擊傳統全球治理架構和規則邊界。 一方面 ，現有治理能力局限性將進一步凸顯。通用人工智慧、量子計算、腦機介面等技術發展將持續呈現爆發式增長，出現更多的監管盲區。 另一方面 ，科技治理碎片化。美等已開發國家意圖主導科技治理制定，將阻礙全球治理變革。美對華科技遏壓也將嚴重影響中美推進科技治理合作。同時，各國科技治理理念分歧也將進一步擴大，「不監管」和「雙重監管」問題將嚴重阻礙科技治理效果。例如，美歐對於AI監管要求不同，導致政府治理和公司營運雙面失衡。

（五）各主要經濟體科技投入更註重精準與實效

2024年，全球經濟下行壓力加大，各經濟體科技投入更加註重效率。 一方面，涉基礎研發投入減少。 美國國防預算中早期研發階段資金被削減，基礎領域研發強度將降至2019年水平線；國家科學基金會2024財年研發減少43億美元；【芯片法案】設立的全國技術中心2024財年資金大幅下降。南韓2024財年預算研發部份33年來首次下降，24財年將削減8%以上的研發支出，特別是減少基礎研究經費。 另一方面，各主要經濟體套用研發和產業投入增長。 美國國防部高等研究計劃署年度預算增加8%，高於國防預算增長水平；國家標準與技術研究院重點落實【芯片法案】，首要優先擴大國內制造計畫規模。歐盟2024財年研發預算重點集中至綠色化與數位化，向超級電腦、AI、網路安全投資7.627億歐元，其他研究預算縮減。

（六）中美科技賽局烈度進一步升級

2024年11月，美國將舉行新一輪總統選舉，國內政治極化現象日益嚴重。為轉移國內矛盾，拜登政府對華科技遏壓措施將更趨極端。 一是繼續嘗試收緊芯片管制。 一直以來，美芯片管制政策並未取得預期效果。下一步，美或繼續采取更極端措施打壓中國芯片產業發展。美國資訊安全中心建議美國政府要求科技企業配合，使用片上機制對AI和先進計算芯片進行出口管制。 二是進一步推動關鍵供應鏈重塑。 美已成立供應鏈韌性委員會，以供應鏈「去風險」為名「去中國化」。例如，在醫療、關鍵礦物、半導體、新能源等供應鏈中以「去風險」為名「去中國化」。 三是推動盟友形成管制協調機制。 美決策層和智庫普遍認為缺少國際協作是對華出口管制效果不佳的重要原因。2023年，美持續施壓荷蘭、日本，要求日荷出口管制政策與其同步。未來，美或將繼續對盟友施壓，要求與其政策協調。

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編輯丨鄭實

研究所簡介

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