王国强｜新时代中国实现高水平科技自立自强的路径研究

　　新时代如何适应新一轮科技、科研范式的发展变化和组织变革，立足我国现实状况，利用中国特色社会主义制度优势，实现高水平科技自立自强，进入创新型国家前列，成为摆在我们面前的新课题。坚持以“面向世界科技前沿、面向经济主战场、面向国家重大需求、面向人民生命健康”为发展方向，以科技创新与体制机制创新为发展动力，以“科技自立自强”为发展能力，以“人才是第一资源”为发展保障，以实现基础研究和关键核心技术的突破并形成系统、完备、高效的国家科技创新体系为发展关键，加快建设科技强国。

　　第一，一流创新人才的使用、培养。虽然随着经济实力的增强，科技研发投入力度的加大，科技人才政策的改善，中国科技人才队伍不断壮大，但是与美国相比，还存在不小的差距与问题。其一，中国一流的科学家和技术大师数量严重偏少。其二，中国与美国存在较大的“人才逆差”。其三，中国人才成长的学术环境亟待改善。

　　第二，基础科学和关键技术领域的创新。在基础科学领域，一是当前美国在基础科学领域中的优势地位依然难以撼动。二是在某些学科细分领域，中国已发展出一些有特色且处于世界基础科学前沿的研究方向。此外，当前中国基础科学领域的研究还存在一些问题。如基础研究投入不足，自主研发科研仪器的能力较弱等。在关键技术领域，其一，美国是半导体领域无可争议的全球主导者，在产品的设计和制造方面，中国处于落后一到两代的技术水平；其二，中国在AI应用与数据上领先，美国在AI人才、研究、算法和硬件等关键指标上处于主导地位；其三，美国在量子计算和量子传感领域处于领先地位，中国在量子通信领域处于主导地位；其四，中国在5G通信的许多关键指标上处主导地位，美国仅在芯片设计和云基础设施等指标上领先；其五，美国是生物技术领域无可争议的主导者，中国正在全面追赶；其六，中国在新能源领域产业供应链多个环节处于主导地位，美国在基础能源科学研究和重大技术创新上有显著优势。

　　第三，创新资源的统筹与优化配置。科技投入是衡量一个国家科技创新水平、能力的重要指标。其中研究与开发经费的配置与布局反映了国家科研机构（包括国家实验室）、大学、企业、社会组织在一国研究与开发活动中的功能定位。从经费配置布局看，中美两国对前三类科研力量定位是相同的，即国家科研机构主要功能是应用研究和实验发展，大学主要聚焦基础研究，企业主要推动实验发展，但美国对三类科技力量的投入总量都高于中国。从功能定位的差异看，存在三个明显差别，一是中国对大学的投入还不够。二是美国企业研发活动比中国活跃，发挥的作用比中国的大。三是在基础研究方面，美国是包括社会组织在内四类研究活动机构的多元化投入，而中国主要是大学和国家科研机构，企业投入较少，社会组织基本不投入。

　　第四，科技体制改革与创新环境建设。围绕科技体制存在的突出问题，我国在鼓励创新、评价导向、激励机制、科研自主权、创新协同、稳定支持等有关制度和文化方面，迈出的步伐还不够大，制约了基础前沿研究的深度和关键技术领域攻关的突破，影响了国家、区域和企业整体创新效能的提高。

　　党的十九届六中全会通过的《中央关于党的百年奋斗重大成就和历史经验的决议》指出，党的以来，“党坚持实施创新驱动发展战略，把科技自立自强作为国家发展的战略支撑”。党的二十大报告提出，到二〇三五年，“实现高水平科技自立自强，进入创新型国家前列”，以中国式现代化全面推进中华民族伟大复兴。这是以习同志为核心的党中央科学把握世界发展大势，立足当前、着眼长远作出的战略部署。中美竞争愈演愈烈、新冠肺炎疫情暴发并持续在全球蔓延、乌克兰危机骤然而起，让人真实感受到“世界百年未有之大变局”正在加速演进。中美竞争无疑是这个变局的关键变量，世纪疫情和乌克兰危机也没能延缓美国对华实施全面战略竞争的冲动与步伐，以竞争为主、以合作为辅将成为中美关系的“新常态”。科技创新作为应对世界秩序变革和提升自身实力的主要手段，成为中美战略博弈的主战场。因此，新时代如何适应新一轮科技、科研范式的发展变化和组织变革，立足我国现实状况，利用中国特色社会主义制度优势，实现高水平科技自立自强，进入创新型国家前列，成为摆在我们面前的新课题。对于这个问题的回答，学界已有不少研究，在此不再赘述。本文也尝试从历史和现实出发就“为什么”和“怎么办”两个方面来探索我国实现高水平科技自立自强的路径这个问题。

　　科技自立自强是指在新的历史阶段下强调要靠自主创新把国家发展和的主动权掌握在自已手里，贯彻新发展理念，构建新发展格局，以推动高质量发展和实现社会主义现代化的远景目标。综合分析国内外形势，当前和今后一个时期，我国发展仍然处于重要战略机遇期，但机遇和挑战都有新的发展变化。从内部看，中国科技事业发展面临由“量大”到“质强”及构建新发展格局的迫切需求；从外部看，中国面临着新一轮科技和产业变革快速演进、以美国为首的西方国家的科技封锁、逆全球化的兴起、乌克兰危机带来的世界秩序的变化，以及全球蔓延的新冠肺炎疫情对经济社会的冲击等。因此，“自立”可理解为自主创新，国家发展的安全、可控、可持续发展；“自强”可理解为创新的高质量高水平，科技引领能力和原始创新能力的极大提升。

　　历史经验表明，科技自立自强似乎是成为世界强国或大国崛起一个不言自明的前提，但是其发展和崛起的路径又有很大的不同。世界科学中心相继在意大利、英国、法国、德国、美国转移，或者说世界科技的发生，都伴随着人才培养模式、资源条件配置、科研范式转变以及创新生态建设等主导要素条件的变化。这些大国崛起的主导要素驱动着一国的发展，以不同的方式和路径最终奠定了世界科技的领先地位。

　　近代科学从16世纪中叶复兴，并于17世纪初在意大利开花结果，最大的原因就是宗教改革所带来的文化环境上的变化，哥白尼、维萨留斯、第谷、开普勒、伽利略等科学家的科学活动由此开始，“求是”科学精神由此诞生，“理性”（实验观察和归纳推理）科学方法得以确立。国家社会没有什么资源提供，他们完全凭借自身对真理的执着，不惧困苦，一往无前。

　　17世纪下半叶至18世纪上半叶是科学的1.0时代。在这一时期发生了以牛顿发现万有引力定律为标志的第一次科学和以瓦特改良蒸汽机为标志的第一次技术，世界科学中心从它的诞生地意大利转移至英国。在这个时期，以英国皇家学会为代表的社团成为科技创新的主要组织形式，科学研究活动虽较少得到政府的资助，但得到了政府与社会的广泛认可，研究范式为实验科学和理论科学。

　　18世纪下半叶至19世纪上半叶是科学的2.0时代。随着第一次科学和技术的不断深化，法国科学家和发明家成为时代的主角，世界科学的中心转移到法国。在这个时期，以法国科学院为代表的大型国立科研机构成为科技创新的主体，职业科学家群体开始出现，科学研究活动开始职业化，但研究范式没有变化。法国启蒙哲学和改变了法国人僵化的世界观，使科学成为法国的“畅销货”，大家可以在咖啡馆谈科学说，形成了良好的创新文化。值得一提的是法国大时期成立的综合技术学校（也叫炮兵工程学校或工艺学校），被拿破仑称为“下金蛋的母鸡”的“饲养场”。这所学校首开制度化培养科技人才世界之先河，为法国普通出身的青年开辟了自由发展之路，一大批科学家得以涌现。

　　19世纪下半叶至20世纪是科学的3.0时代。至20世纪30年代，发生了以相对论和量子力学为标志的第二次科学和以电力技术和内燃机技术为标志的第二次技术，落后的德国超越法国成为世界科学的中心，以柏林洪堡大学为代表的现代研究型大学成为科技创新的主角，“科教”融合式的科研院所和“科工”融合式的工业实验室大兴，让科学技术深深地根植在现实的社会需要中，培养出如西门子、克虏伯、蔡斯等“科学家﹢工程师﹢商人”这样的近代“科学技术家”。德国学术上倡导公平竞争精神和“同行评议”，教育上提倡尊师重教的良好风尚，培育了良好的创新生态。科学上的研究范式仍是实验科学和理论科学。

　　至20世纪下半叶，科学进入到大科学时代，发生了以计算机和信息网络为特征的第三次技术，世界科学中心也随之转移到美国，科学实验室和工业实验室成为第三次科技和产业变革的重要推手，并形成了当前大学研究机构、独立科研院所、工业实验室、科技社会组织等多元并存和互融共进的科研活动的组织模式。美国科学崛起和德国科学衰落的标志是同一个事件，即德国纳粹党驱赶犹太科学家。美国的成功无疑得益于其长期以来奉行的人才政策，特别是“技术类移民”。尽管接受外来人才为美国科学的飞跃式发展发挥了重要作用，但是这种作用是“锦上添花”而非“雪中送炭”。美国不仅学习德国建立研究型大学，而且建立大量科学实验室和工业实验室，设立以科学、教育为导向的基金会，培养了大量优秀的本土科学人才和商业人才，大大促进了产、学、研一体化，即科研机构的一体化建设推动了产、学、研一体化的发展。在这个时期，科学呈现出“大科学”的特点：一是研发经费惊人，只有大国和大企业才能提供；二是研究组织庞大；三是科学、技术和创新三类截然不同的活动被不可分割地联结在一起。适应大科学时代的变革和大国竞争的需要，出现了举国体制的科研组织模式、管理方式，以及计算科学新的研究范式。

　　21世纪至今可视为科学的4.0时代。随着人工智能、脑科学、量子计算、大数据、物联网、5G等新一代信息技术的快速发展，全球新一轮科技与产业变革蓬勃兴起，大国竞争更加激烈，大科学、大工程、大投入、大风险、大协作成为当今全球科学研究的主要特征，出现数据科学和开放科学新的研究范式。因此，高水平科技自立自强是适应这种新变化、进入创新型国家前列、进而成为世界科技强国的必由之路，大量的一流人才、合理的资源配置、优化的组织协商机制、众多的原创成果和良好的创新环境是实现高水平科技自立自强的坚实基础。

　　一流创新人才的使用、培养。世界科学中心转移演进规律同时也是世界科学人才中心转移演进规律。科学研究是一种高度复杂的创造性活动，需要科学家发挥高度的创造力、耗费巨大的精力，一国杰出科学家具有不可替代性，其数量和水平是国家科技实力的重要象征。科学发展的历史表明，一流科学家的作用是决定性的。哈佛大学前校长康南特指出：“在每一个科学领域里，决定性因素是人，科学事业进步的快慢取决于第一流人才的数目。据我的经验，十个二流人才抵不上一个一流人才。”

　　在这里讨论我国一流人才现状和问题有三个预设的基本前提，即一流人才是世界上最重要的资源，一流人才是一种最容易流动的资源，一流人才成长依赖于周围的环境。总体上讲，虽然随着经济实力的增强，科技研发投入力度的加大，科技人才政策的改善，中国科技人才队伍不断壮大，但是与美国相比，还存在不小的差距与问题。

　　其一，中国一流的科学家和技术大师数量严重偏少。从国际大会报告人数上看，美国国家科研机构和高水平研究型大学的一流人才数量远超中国。国际大会报告人通常是大会组织者通过同行评议遴选出“最好中的最好者”，其数量最能体现一国大学和科研机构在一流人才方面的实力和国际地位。根据清华大学研究院对国际会议的分级标准，以2018年数学的“国际数学家大会”、2022年物理的“美国物理学会春季年会”、2022年化学的“美国材料研究学会春季年会”、2022年生物的“冷泉港学术研讨会”的中美受邀报告人的人数为例进行统计分析，可以看出，中国的高水平研究型大学和国家科研院所在数学、物理、化学、生物方面与美国的研究型大学和国家科研机构实力相差悬殊。数学方面，美国共有77人，来自大学的有37人，而中国仅有6人，且分散在六所大学中；物理方面，美国1195人，中国17人；化学方面，美国138人，中国34人；生物方面，美国25人，中国0人。从重大原始创新成果上看，中国一流人才的数量与美国仍有不小的距离。从自然科学的“诺贝尔奖”、数学的“菲尔兹奖”和“阿贝尔奖”、计算机的“图灵奖”、物理的“沃尔夫奖”、生物医学的“拉斯克奖”、地球科学的“维特勒森奖”获奖情况看，中国获奖人数与美国获奖人数的比值为1／287、0／27、1／49、0／29、1／272、0／18，相差巨大。从全球高被引科学家人数上看，美国第一，中国第二，且有较大差距。《2021年ESI高被引作者名单》显示，在来自全球70多个国家和地区的约6602人次高被引研究人员中，美国研究者数量为2622人次，占39.7%。

　　其二，中国与美国存在较大的“人才逆差”。人才的根本性特征是流动性和集聚性，人才的层次越高流动性就越强，人才聚集程度越高的地方对人才的吸引力越大，从而形成所谓人才“马太效应”。美国是超一流人才的聚集地，在化学、医学、物理学和经济学四个领域诺贝尔奖的美籍获奖者中，有24.4%出生地不在美国。STEM（科学、技术、工程、数学四门学科英文首字母的缩写）领域博士毕业生和博士后数量也是国家科技竞争力的一个重要指标。据统计，中国每年的STEM博士毕业生人数几乎是美国的两倍。如果仅与美国国内学生数量相比，中国每年的STEM博士毕业生的数量将是美国的三倍多。中美两国STEM领域博士生的来源有着显著差别，2010年至2021年，国际学生约占美国STEM博士毕业生的42%，其中计算机科学和工程领域的比例尤其高，约占美国工程学博士授予量的50%～60%，而中国国际生的份额仅占7%左右。2019年美国科学工程和健康领域的博士后数量是66247名，来自美国之外的人员数量为36795名，占比55.5%。就某一领域而言，马可波罗研究所对全球AI顶尖人才（前20%）的本科教育所在地、研究生培养所在地、最终工作单位所在地进行跟踪研究，总结出全球AI顶尖人才流动规律。数据显示，全球AI顶尖人才53.4%最终流向了美国，14.2%流向欧盟，10.4%最终流向中国。同时，全球AI顶尖人才在中国接受本科教育的人中有54.0%最终流向美国，在中国接受研究生教育的人有11.9%最终流向美国。由此可见，中国国内高校几乎成为了欧美等发达国家的“ICT人才孵化地”。2022年5月9日，40余位美国前官员在致美国国会的信中也不无骄傲地说：“美国目前仍然是世界最优秀的科学家和工程师最向往的地方——这是中国至今都还无法复制的，尽管他们进行了庞大的投资。”

　　其三，中国人才成长的学术环境亟待改善。高水平研究型大学是人才的重要出口。与美国相比，中国不仅大师少而且在学术生态环境建设上也有不小的距离。中国大学科学大师稀缺引发了著名的“钱学森之问”，究其原因应该是多方面的，有两点应该是大家的共识，因为它与大学的功能定位相悖：一是“官僚化”的危险和人才管理行政化倾向；二是科学精神的缺失和相关规范的缺位。前者大大限制了科学家队伍的数量，后者影响了科学家队伍的质量。人才集群效应还说明了一个问题，工资和设备等物质条件不是人们选择大学进行进一步学习或工作的决定因素。中外的“虎妈”“虎爸”“直升机父母”都会选择高水平研究型大学作为孩子教育的目的地同样说明了这个问题。正如诺贝尔经济学奖获得者克鲁格曼所说：“如果你得用一个词来解释美国经济的成功，那个词就是教育。”近年来，我国学术环境建设的重要作用已经逐渐引起政府的重视，学术生态环境的建设与治理正稳步推进，特别是在科研评价体系方面，但部分地区、部分领域“四唯”“五唯”等现象依然存在。

　　基础科学和关键技术领域的创新。科学、技术和创新的概念高度相关但又有所区别，每一项都代表着一个相当大的实践活动类型。科学能为技术提供新知识、新技能，增强新的认知能力，同样技术能为科学提出新问题，并为解决新问题提供帮助，这种复杂的关系使得有关科学和技术的政策优先权问题长期以来争议不断。1944年，时任美国总统罗斯福向其科技顾问范内瓦·布什提出了战后如何发展科学和技术“四个问题”，布什以《科学——无尽的前沿》作为回复，奠定了美国此后75年科学发展的基础。《科学——无尽的前沿》的巨大影响，使得创新过程的“科学—技术—创新”模式深入人心。该模式阐明了新的技术思想来源于科学的发现，思想是由于科学中的新发现而出现的，然后经过应用研究、设计制造到最终商业化的过程。

　　关键技术可改变现状、赢得未来，基础研究是整个科学体系的源头和所有技术问题的总机关。因此，基础科学和关键技术领域的创新受到世界各国的高度重视。科学和技术领域的全球领先地位已成为大国的决定性特征。如何衡量一国（或地区）科技上的国际主导地位？2000年，美国科学、工程和公共政策委员会推出了《美国研究领域国际基准实验》这一比较评估工具，认为衡量一国（或地区）在研究方面居领先地位关键标志是：（1）在基础科学领域（如生物学、物理学、数学、化学、地球科学、天文学等）及其主要分支学科（如神经科学、凝聚态物理学等）处于世界领先行列；（2）在一些关键核心领域（如半导体、人工智能、量子技术、5G通信、生物技术、新能源等）保持显著的领先地位。《美国研究领域国际基准实验》强调，出版物、引用、专利、投入等定量指标适用于评估一些研究计划或项目，不足以衡量一国（或地区）在研究上的领先程度，专家判断才是最为有效的手段，有可能在20%的时间内获得80%的价值。根据这一评估工具从定量和定性两个方面对中美两国的科学研究和关键技术研究所作的比较，中国仍有很长的路要走。

　　1. 基础科学。科学论文是基础科学研究成果的主要表现形式，也是全球同行评议科技贡献的最重要依据。因此，科学论文的质量基本可以反映中美两国基础科学整体研究水平的高低。英国《自然》杂志推出的自然指数（Nature Index, NI）是国际公认的、能够衡量机构、国家和地区在自然科学领域的高质量研究产出与合作情况的重要指标。通过聚焦数量相对较少的高质量论文，经过同行在职科学家所组成的独立小组的评议认定，从而判断科研产出的质量高低。从NI指标上看，中国自然科学领域的研究水平与美国仍有相当的差距。根据自然指数统计，2020年中国学者在全球82种自然科学类期刊上共发表研究论文19084篇（其中，化学、物理、生命科学，以及地球与环境科学四个分支领域分别发表论文9321篇、6212篇、3147篇和2729篇），美国学者共发表研究论文29207篇（其中，化学、物理、生命科学，以及地球与环境科学四个分支领域分别发表论文7211篇、8373篇、13046篇和4348篇）。美国在物理、生命科学、地球和环境科学领域及整体水平居世界第一，中国位居第二；中国仅在化学领域居世界第一，美国位居第二。

　　基础科学前沿的顶尖科学家对中美两国在基础科学领域的实力现状更为了解。数学、物理学、化学、天文学、地球科学、生物学是基础科学领域中的代表性学科，基本上能够反映各国基础科学实力情况。通过对这些学科领域中的中国顶尖科学家进行调查访问，听取他们关于“所属学科在世界范围内的位置”这一问题的看法，得到结论如下：绝大部分受访科学家认为，美国依然在基础科学领域拥有不可撼动的整体优势，同时不可否认的是，近年来中国数学、物理学、化学、生物学、地质学等基础学科发展迅速，大部分已进入世界第二梯队，且一些细分领域已接近或达到世界最前沿水平。调研情况虽基本印证了NI统计学视角的中美两国在基础科学领域的实力情况，但也存在一些差异，如化学领域等。

　　具体而言，一是当前美国在基础科学领域中的优势地位依然难以撼动。中国与美国数学研究人员总量相差无几，然而美国在尖端数学人才数量上远超中国；与美国相比，中国缺乏龙头化学相关企业，使得整个行业尚不具备国际引领能力；在生物学领域，中国近年已取得众多突破，但仍缺乏能开辟一个新的研究领域的研究，我们的许多研究更多的是验证已有的概念和理论，如中国生物学家已经在克隆猴、膜蛋白结构解析等领域实现突破，但这些研究更多的是技术上的突破和改进，而非原创性科学原理、概念上的突破；当前世界天文学格局是，美国的天文研究力量属于第一梯队，英国、法国、德国、荷兰、意大利等国的天文学研究水平属于第二梯队，中国在部分天文学研究领域已进入第二梯队，有不少亮点工作，但也有部分领域还达不到第二梯队的水平。二是在某些学科细分领域，中国已发展出一些有特色且处于世界基础科学前沿的研究方向。在数学领域，中国的几何、数论在世界数学界占有一席之地；在地学领域，中国已经发展出一些特色型的研究方向，在世界地质学领域占有重要地位，如青藏高原、黄土、煤、战略金属矿床的发现和成矿机理的研究等，中国在世界范围内处于引领位置。此外，当前中国基础科学领域的研究还存在一些问题。如基础研究投入不足，自主研发科研仪器的能力较弱等。

　　2. 关键技术。技术是指人类对工具、机器、设备和装置等硬件以及系统、方法和技巧等软件的运用。技术是一个复杂体系，当前的关键核心技术领域包括集成电路、人工智能、量子技术、5G通信、生物技术和新能源。这和哈佛大学肯尼迪学院贝尔弗科学与国际事务研究中心发布的《伟大的竞争：21世纪的中国与美国的较量》所确定的领域是一致的。总体来讲，在上述六大领域，中国与美国存在较大差距，也存在自己的优势和领先之处，主要问题是顶尖人才紧缺、技术积累不足、原始创新能力薄弱等。具体情况如下。

　　第一，美国是半导体领域无可争议的全球主导者，在产品的设计和制造方面，中国处于落后一到两代的技术水平。半导体是日常使用的众多创新电子设备的核心，包括人工智能、计算机、汽车等，是国家经济发展和的动力基础，是中美科技竞争的关键领域之一。尽管美国不断加大“卡脖子”的力度，中国在半导体领域仍已取得重大突破，如5G、芯片设计等，并在半导体制造设备及材料领域发展迅速，缩小了与美国的差距。美国在半导体行业保持了近半个世纪的主导地位，在芯片设计和半导体制造方面仍然拥有绝对优势。在半导体制造方面，美国拥有全球十大半导体企业中的6个，并通过应用材料和兰姆研究等本土公司控制着供应链的关键环节，拥有55%的半导体制造设备市场份额（中国为2%）和85%的电子设计自动化软件市场份额。在经济日报主办的2021大师智库论坛上，台积电创始人张忠谋发表演讲，认为在芯片设计方面中国落后美国和一到两年，制造方面落后台积电五年。然而，荷兰光刻机制造巨头阿斯麦的首席执行官彼得·温宁克估计，在15年内，中国将能够独自完成这一切，并实现半导体领域的技术主权。

　　第二，中国在AI应用与数据上领先，美国在AI人才、研究、算法和硬件等关键指标上处于主导地位。人工智能技术是新兴技术的核心代表，对未来经济和安全有决定性的影响，已成为中美战略竞争的着力点。在语音识别、人脸识别、移动支付和数据库建设等方面，中国超过了美国，但是在人才、研究、开发和硬件等关键指标上，美国仍处于领先位置。从研究论文的质量上看，美国的人工智能领域加权引文影响力指数（FWCI, 2019）是1.4，中国是0.8；从高被引AI专利族上看，美国是28031件，中国是691件；从开发上看，在全球十大最具价值的人工智能创业公司中，美国有7家，中国有3家，在全球十大研发支出的半导体公司中，美国有5家，而中国没有；从核心算法上看，底层核心算法大部分掌握在美国手中，用于提高AI硬件的底层数据库中国企业鲜有涉及，且许多中国企业依赖国外开源软件；从人才上看，美国AI人才占全球59%，而中国仅为11%。更为重要的是，在高端智能芯片的生产与加工等方面，中美差距巨大，如当前中国电动汽车智能芯片主要依赖于英伟达、高通等美国企业。

　　第三，美国在量子计算和量子传感领域处于领先地位，中国在量子通信领域处于主导地位。量子技术是一种有着巨大应用前景的新兴技术，目前处于发展的早期阶段，成果的主要形式是论文和专利，主要包括量子计算、量子通信和量子传感三个应用领域。一方面，美国长期以来一直是量子计算领域的主导者，美国公司率先实现“量子霸权”，推出允许客户使用的量子云计算服务，其相关专利软件数量占居了前三位，硬件专利居主导地位。另一方面，中国在量子通信领域已超越美国，成为世界主导者。中国在量子通信和密码学领域注册的专利数量是美国的四倍，并首次发射了世界首颗量子科学实验卫星“墨子号”。与量子计算和量子通信相比，量子传感是一个相对成熟的领域，已有一些现实应用（特别是在军事领域）。在量子传感论文的引用方面中国排名世界第一，而就影响力而言，美国居世界第一，从2011年到2020年，美国产生了235项高被引量子传感出版物。

　　第四，中国在5G通信的许多关键指标上处主导地位，美国仅在芯片设计和云基础设施等指标上领先。中国在5G技术的许多方面拥有先发优势。5G市场方面，截至2020年底，中国有1.5亿5G用户，美国只有600万，中国的5G连接已占全球5G连接的87%；授权波段方面，中国是460MHz，美国是70MHz；平均速率方面，中国是300Mbps，美国是60Mbps；在五大5G设备供货商中，中国有两家，美国没有。尽管如此，因5G是在4G基础上发展而来，美国仍然在专利授权和标准制定上有着一定的优势。此外，因为美国处在全球科技生态系统中的核心位置，所以美国在5G芯片设计和云基础设施等关键技术上处于领先地位。

　　第五，美国是生物技术领域无可争议的主导者，中国正在全面追赶。生物技术被认为是21世纪的核心技术，能够深刻改变人类的未来，是中美战略竞争的又一热点。自1987年开始实施国家高技术研究发展计划（“863计划”），中国政府正式支持生物技术的发展。经过三十多年，中国在生物技术基础研究方面已跃居世界前列，部分领域已超过美国。在NI指标上目前中国超过德国、英国，居世界第二。在生物制药领域，中国在全球生物制药市场的份额从2001年的7.2%增加到2016年的22.1%，仅次于美国。中国国药集团和北京科兴中维生物技术有限公司开发的新型冠状病毒灭活疫苗被世界卫生组织批准用于紧急情况，截至2022年4月25日，中国已向全球120多个国家和国际组织提供超过22亿剂疫苗。在癌症的治疗技术中，中国取得CAR-T疗法的成功。然而，在2020年全球制药企业20强中，美国企业占了10席，中国没有一家。2020年，美国在研新药产品和与全球首发上市新药对全球的贡献率分别为49.3%和67.6%，远高于中国13.9%和6%，且中国生物制药的增长很大程度上是由仿制药推动的，创新药较少。美国在创新药，特别是首创新药的产出上稳居世界首位。1998～2017年，全球累计上市创新药731种，其中美国有308种，全球占比稳定保持在40%以上。从专利质量上看，2018年美国生物技术有效专利30.1万件，而中国是20.8万件。因此，可以说，在生物技术原始创新方面，中国与美国仍有不小的距离。

　　第六，中国在新能源领域产业供应链多个环节处于主导地位，美国在基础能源科学研究和重大技术创新上有显著优势。中国是可再生能源技术的最大生产国和出口国，2020年的能源转型投资为1348亿美元，居世界首位，并拥有全球近三分之一的可再生能源专利。这使得中国在产业供应链和生产链方面占据世界领先地位。全球十大风力涡轮机生产商中，中国占了3家，控制着40%的全球市场，而美国只有12%；中国从2000年生产全球不到1%的太阳能电池板，发展到2020年供应全球70%的太阳能电池板，而美国则从30%下降到不足1%；中国已经是世界上最大的电动汽车生产国和市场国，2020年售出130万辆电动汽车（占全球销量的40%以上），而美国只有30万辆；中国还几乎垄断了锂、多晶硅、稀土等天然矿物、石墨等原材料生产；中国还是世界上最大的氢气生产国，氢气开发技术处于领先地位。然而，中国在基础能源科学研究方面仍不及美国。从重大原始创新上看，美国的初创公司Quantum Scape研制成功了更安全、更持久的锂电池；美国的初创公司Natron Energy研发出比锂离子电池具有更大潜在优势的新储能技术——钠离子电池；美国阿贡国家实室开发出了一种快速、高效的热能存储系统（TESS），可快速存储热量并按需释放热量，转化产生电能。从能源基础研究上看，美国拥有世界上最先进的中子源、同步辐射光源、X射线自由电子激光器、低温电子显微镜等基础能源科学研究的设施。从能源基础研究顶尖人才上看，美国在国际会议受邀报告人数方面也远超中国（见表1）。

　　创新资源的统筹与优化配置。科技投入是衡量一个国家科技创新水平、能力的重要指标。其中研究与开发经费的配置与布局反映了国家科研机构（包括国家实验室）、大学、企业、社会组织在一国研究与开发活动中的功能定位。根据中美科技经费投入数据（见表2、表3），可以得到两国国家创新体系各创新执行主体的布局图谱和功能定位的差别。

　　从经费配置布局看，中美两国对前三类科研力量定位是相同的，即国家科研机构主要功能是应用研究和实验发展，大学主要聚焦基础研究，企业主要推动实验发展，但美国对三类科技力量的投入总量都高于中国。

　　从功能定位的差异看，存在三个明显差别，一是中国对大学的投入还不够。中国大学的经费占整个研发活动经费的比例是7.7%，美国是11.5%，而中国国家科研机构和企业经费占整个研发活动经费的比例都高于美国。从同类机构经费对比上看，中国大学的经费支出为美国的34.6%；中国国家科研机构的经费支出为美国的76.6%；中国企业的经费支出为美国的57.4%。二是美国企业研发活动比中国活跃，发挥的作用比中国的大。美国企业不仅注重开发研究，而且重视应用研究和基础研究，经费支出占比分别是58.2%和32.2%。相应的是，中国企业在应用研究和基础研究上的经费支出比例分别为20.5%和6.5%。这说明中国的企业对基础研究投入的动力不足，不愿去做“从0到1”的工作。正因如此，中国很多企业现在面临技术“卡脖子”问题。三是在基础研究方面，美国是包括社会组织在内四类研究活动机构的多元化投入，而中国主要是大学和国家科研机构，企业投入较少，社会组织基本不投入。

　　此外，基础研究在整个研发体系中占比较低，“试验发展”研究所占比重过高，导致中国研发结构整体质量不高，中国基础研究与试验发展研究之比为1∶13.8，而美国基础研究与试验发展研究之比仅为1∶4.3。

　　科技体制改革与创新环境建设。中国实施的创新驱动战略是科技创新与制度创新“双轮”驱动战略，科技创新的目标是抢占科技和产业的发展制高点，制度创新的目标是破除体制机制障碍和激发各类创新主体的活力。制度构建了科技创新活动的外部条件，而文化观念孕育了科技创新活动的土壤。历史地看，世界科学中心的转移总是伴随着科技体制改革和创新文化环境的变革。

　　党的以来，围绕科技体制存在的突出问题，党和政府出台了一系列的政策改革措施，在科研项目管理、科研计划管理、知识产权保护、科技成果使用、相关科技财税、科技评价、人才政策等方面取得了良好成效，而在鼓励创新、评价导向、激励机制、科研自主权、创新协同、稳定支持等有关制度和文化方面，迈出的步伐还不够大，制约了基础前沿研究的深度和关键技术领域攻关的突破，影响了国家、区域和企业整体创新效能的提高。

　　我们知道，人才、技术、资本是企业创新的三个关键要素。人才层次决定企业创新的高度，技术前沿性决定企业的核心竞争力，而地理区位作为资本所在地决定企业创新要素流动的快慢和集聚的程度。科学大师、技术发明家和商业奇才为企业科技创新带来了思想，而思想传播和技术扩散则需要靠创新高地构建的网络和人员的流动来保证。人才集群、技术集群和产业集群等是科技领军企业诞生的基本生态环境条件。美国半导体领军企业在硅谷崛起，离不开斯坦福大学、加州大学旧金山分校等的参与，它们不仅为硅谷提供了半导体研究的科技精英，而且提供了大批STEM科学人才和技能工人。占居产业链的高端是因其拥有高层次技术发明家，领军企业的发展则依赖于好的创新生态。因此，硅谷不仅产生了大批的世界一流科技领军企业，而且产生了大量的初创企业。2021年全球1058家独角兽企业中有203家的总部设在硅谷。

　　中国的半导体领军企业（无论是设计、制造还是封装测试）所处地理位置分散，并非显著集中在高校汇聚的北京、上海等地。中国半导体行业协会数据显示，全国排名前十的半导体设计企业深圳3家、上海3家、北京2家、杭州和无锡各1家；全国排名领先的半导体制造企业西安2家、上海2家、无锡2家、大连1家、苏州1家；全国排名前十的封装测试企业上海2家、无锡2家、南通2家、江阴1家、北京1家、苏州1家、天水1家。这一现象更多是各地方政府竞争的结果，而不是人才集群、产业集群、技术创新集群等区域集群按照市场规律进行自然选择的结果。也就是说，中国科技领军企业的诞生逻辑与美国并不相同，它并不完全符合高层次人才流动、高技能劳动力流动、前沿技术扩散及企业所在地能够构建的创新生态网络等规律。中国领军企业的发展有着独特的模式，政府在创新要素的配置中发挥着极为重要作用。

　　综上，高水平科技自立自强是中国全面建设社会主义现代化国家的必由之路，克服困难并解决上述问题才能实现高水平科技自立自强。只有全面深化科技人才体制机制改革，激发人才创新活力，才能加快世界重要人才中心和创新高地建设。持续加大基础研究的稳定支持力度，让中国的基础科学研究居世界前列，强化战略科技力量，让中国的关键核心技术居世界领先地位。唯如此，才能攻克当前“卡脖子”技术问题，加快科技强国建设步伐，才能推动国家的高质量发展，构建新发展格局，中国才能真正成为社会主义现代化强国。相应的，科技强国建设要求坚持把科技创新放在我国现代化建设全局中的核心位置，要求“把科技自立自强作为国家发展的战略支撑”，才能顺利实现中国式现代化。

　　因此，总的来说，“面向世界科技前沿、面向经济主战场、面向国家重大需求、面向人民生命健康”是发展的方向，科技创新与体制机制创新是发展的动力，“科技自立自强”是发展的能力，“人才是第一资源”是发展的保障，实现基础研究和关键核心技术的突破并形成系统、完备、高效的国家科技创新体系是发展的关键。坚持从人才强、科技强到产业强、经济强、国家强的创新发展新路径，完整、准确、全面贯彻新发展理念，方能进入创新型国家前列和实现全面建成社会主义现代化强国的目标。

　　*文中所涉及数据的统计范围为中国31个省份，不含港澳台。感谢中国科协创新战略研究院助理研究员王楠在文献资料、数据分析等方面提供了大量的帮助