中國的科學技術

英國知名期刊《經濟學人》（The Economist）6月12日一期的封麵文章，是一篇題為“China has become a scientific superpower”的長文（下圖 The Economist）。該篇文章介紹了中國大陸科技現狀，認為中國大陸已崛起為一科技超級大國，甚至在一些領域超越美國。茲將文章主要內容介紹如下，供感興趣的讀者參考。

北京中科院（CAS 下圖 Wiki）研究大樓的中庭有一堵兩層高、5米寬的專利牆。牆上的玻璃櫥窗內展示了192張排列整齊的證書，燈光的照明下顯得優雅大氣。牆的一層櫥窗內一條軟繩後麵，有一排玻璃罐，裏麵存放著有專利保護的創新：各類種子。在過去幾年裏，中國大陸科學家發現，當敲除某種基因時，可以增加小麥顆粒的長度和重量，而另一種則可提高高粱和小米等作物在鹽堿地中生長的能力。他們還發現第三種基因可以使玉米產量提高約10%。2023年秋天，貴州農民完成了由中科院科學家開發的轉基因巨稻的第二次收獲。

在過去的十年裏，由於其作物研究的質量和數量都有了巨大的增長，中國大陸現在被廣泛認為是這一領域的領導者。據一家著名的歐洲植物科學雜誌的編輯說，有段時間，該雜誌一半的投稿可能都來自中國。

千裏之行，始於足下

2019年，《經濟學人》調查了中國大陸的科研現狀，並詢問參與者大陸未來能否成為科學超級大國。如今，我們有了明確的答案：“會的”。中國大陸科學家近來在兩項備受關注的高質量科學指標上取得了優勢，且其頂尖研究的增長沒有放緩的跡象。這預示由美國、歐洲和日本主導的舊科學世界秩序行將結束。

衡量一個國家科學研究質量的一種方法是統計每年發表的高影響力論文的數量，即經常被同行引用的論文。據科學分析公司Clarivate的數據，2003年，美國發表的這些高影響力論文是中國的20倍。到2013年，美國發表的頂級論文數量約為其四倍，在最近發布的數據中，中國大陸發表的高影響力論文的數量已經超過了美國和整個歐盟（下圖 Nature）。

自然指數（Nature Index）是2014年11月推出的用於追蹤各個機構和國家科學產出的數據庫。每年，自然指數都會根據在頂尖期刊中發表的科學文章和論文數量，對領先的機構（包括公司、大學、政府機構、研究所或非政府組織）和國家進行排名。這些論文必須經過同行評審小組的批準，同行評審小組評估研究的質量、新穎性和潛在影響。當該指數於2014年推出時，中國位居第二，但其對合格論文的貢獻不到美國的三分之一。到2023年，中國已經登頂榜首。

根據萊頓科研產出排名（CWTS Leiden Ranking），目前中國大陸有6所大學或機構進入世界前十，而根據自然指數排名，大陸則有7所。上海交通大學、浙江大學和北京大學可能在西方並非像劍橋大學、哈佛大學和蘇黎世聯邦理工學院(ETH Zurich)那樣家喻戶曉，但這些中國大學的確是世界頂級大學（下圖 CWTS Leiden Ranking）。英國劍橋大學的馬京生（Simon Marginson）教授認為，大陸的清華大學現在是世界上排名第一的科技大學。

根據自然指數和引用指標，中國大陸在物理科學、化學、地球和環境科學方麵處於世界領先地位。美國和歐洲則在普通生物學和醫學領域遙遙領先（下圖 X）。

應用研究是中國人的強項。例如，中國大陸在鈣鈦礦太陽能電池板的出版物中占據主導地位，這些太陽能電池板在將陽光轉化為電力方麵可能比傳統的矽電池效率高得多。中國化學家開發了一種從海水中提取氫氣的新方法，使用專門的膜分離出純水，然後通過電解將其分離。2023年5月，有消息稱，科學家們與大陸一家國有能源公司合作，在中國東南海岸開發了一個浮動氫農場試點。

中國大陸的專利也比任何其他國家都多，盡管許多專利並非真正的原創發明。中國大陸強大的工業基礎，再加上廉價的能源，意味著它可以迅速啟動材料等物理創新的大規模生產。英國Materials Nexus公司的首席執行官比恩(Jonathan Bean)表示：“這正是中國相對於西方國家真正具有優勢的地方。”6月初大陸的嫦娥六號機器人飛船在月球背麵的一個巨大隕石坑著陸，插上中國國旗，挖出一些月壤樣本，然後返回地球（下圖 The Economist）。這展示了其強勁的科學實力。

工欲善其事，必先利其器 

中國大陸從資金、設備和人才著手從資金、設備和人才著手提升科研實力。自2000年以來，大陸的研發支出增長了16倍。2021年迄今，中國的總體研發支出仍落後於美國。美國將大量資金投入基礎研究，而大陸則將大量資金投入應用研究和實驗開發（下圖 statista）。資金被精心引導到戰略領域，旨在推動量子技術、人工智能、半導體、神經科學、遺傳學和生物技術、再生醫學以及探索深空、深海和地球兩極等“前沿領域”的研究。

創建世界一流大學和政府機構也是中國大陸科學發展計劃的一部分。“211工程”、“985工程”和“中國九大聯盟”等倡議為選定的實驗室提供資金，以發展其研究能力。如果大學在高影響力的國際期刊上發表論文，它們將支付員工獎金 -- 估計平均44000美元，最高可達165000美元。

先進勞動力是受到中國大陸政府的重視。據大陸教育部數據，2000年至2019年間，有600多萬大陸學生出國留學。經合組織的數據表明，自2000年以來，返回該大陸的學生已超過出國留學的學生。

許多回國的中國大陸留學生，又稱“海歸”，都是通過激勵吸引回國的。2010年啟動的“青年千人計劃”為40歲以下的研究人員提供高達50萬元人民幣（10.4萬美元）的一次性獎金，並提供高達300萬元人民幣的贈款，用於啟動實驗室並在國內運行。 

去年發表在《科學》雜誌上的一項研究發現，“青年千人計劃”帶回了高素質的年輕研究人員。平均而言，這些“海歸”的工作效率是同齡人中最高的15%。由於獲得了更多的資源和學術人力，這些歸國人員成為主要科研力量，發表的論文數量是留在美國的同等研究人員的2.5倍。

中國大陸也慷慨投資科研設備，例如在量子計算領域，中國的一些學術實驗室擁有的最新設備和規模，皆可媲美西方的商業實驗室。2023年，在中國大陸的研究人員打破了量子計算機內糾纏量子比特數的紀錄（下圖 Linkedin）。中國大陸現在擁有超級計算機、世界上最大的全口徑射電望遠鏡和地下暗物質探測器、世界上最靈敏的超高能宇宙射線探測器、世界上最強的穩態磁場、很快就會擁有世界上最高靈敏度的中微子探測器之一。記者、麻省理工學院前研究員麥卡逖（Niko McCarty）最近參觀了中國大陸的一間合成生物學實驗室，在一座“有四層機器人的驚人建築”內，他對所見的“比美國更令人印象深刻的機器”。

大學及科研機構中配備最先進的設備和精英研究人員，以及頗有競爭力的薪酬，從西方機構吸引了越來越多年輕且雄心勃勃的中國大陸科學家。麥卡蒂說：“中國的學生不像他們的導師那樣，把美國視為‘科學聖地’。”以當前最熱門的科技人工智能為例。目前，中國大陸在世界人工智能研究論文中的貢獻率約為40%，而美國約為10%，歐盟和英國加起來約為15%（下圖 DIGITAL science）。

有史以來被引用率最高的圖像識別研究論文之一，是由在中國大陸的人工智能研究人員撰寫的。喬治城新興安全與技術中心的人工智能分析師阿若德（Zachary Arnold）表示：“中國的人工智能研究是世界級的。在計算機視覺和機器人等領域，他們的研究有領先地的優勢。”可以預料中國大陸科學質量和數量的增長會持續下去。中國大陸培養的年輕科學家源源不斷 -- 2020年，中國大學授予了140萬個工程學位，是美國的7倍。中國大陸目前在本科階段培養的頂尖人工智能研究人員是美國的2.5倍。到2025年，中國大學的科技博士畢業生預計將是美國的近兩倍。

欲窮千裏目，更上一層樓

盡管中國大陸在一些重大科技領域取得了世界一流乃至突破性的成就，但其發表的科研論文也存在大量質量較低粗製濫造現象。如在論文平均引用量上，中國大陸的科研論文往往比來自美國、英國或歐盟的論文影響更小（下圖 The Asahi Shimbun）。少數幾所中國大學和研究機構在科研方麵取得了驚人的進步，但中等水平的大學/研究機構卻落在了其歐美同行後麵。對此，俄亥俄州立大學科學政策教授卡瓦格納（Caroline Wagner）表示：“雖然中國在最高水平上有著出色的質量，但基礎薄弱。”

在基礎、好奇心驅動的研究（而非應用）方麵，中國大陸仍然落後 -- 在《自然》和《科學》這兩本最負盛名的科學期刊上發表的論文遠少於美國。這也許可以部分解釋為什麽中國大陸在發現全新技術方麵似乎力不從心。“對於更多的原始創新，這可能是一個負麵影響，”中國太陽能公司朗基綠色能源技術（Longi Green Energy Technology）的首席科學家徐希祥（Xu Xixiang）說。

不可否認，中國大陸正在其落後美國/西方的科技領域奮起直追。因此，美國和歐洲仍處於領先地位的醫學、生物和健康科學也不太可能長期安全。伯明翰大學生物技術教授、英國商業、能源和工業戰略部前顧問達豐（Tim Dafforn）表示，中國大陸在這些領域的知名度正在上升。盡管美國目前在臨床醫學領域發表的極具影響力的論文大約是中國的四倍，但在許多領域，中國發表的引用此研究領域的核心論文最多，這表明人們對這一研究的興趣正在發展，預示著未來的擴張。Clarivate科學信息研究所的首席科學家喬納森·亞當斯說：“在生物領域，中國的發展速度非常快。它將注意力轉移到一個新領域的能力非常了不起。”

在與西方科研合作方麵，盡管存在間諜活動、網絡攻擊、軍事用途、以及地緣政治的擔憂，中國大陸與美、歐研究人員的學術合作也非常多。如美國作者撰寫發表的電信論文中約三分之一涉及中國大陸合作者。在成像科學、遙感、應用化學和地質工程領域，涉及的中國大陸合作者在25%至30%之間（下圖 Clarivate）。在歐洲作者發表的科技論文中，涉及中國大陸合作者雖不如美國，卻也相當可觀，約為10%。這些夥伴關係對合作雙方都有利。在人工智能研究中，有一位來自美國或中國的合著者對兩國作者都有益，平均引用量可增加75%。

由於地緣政治壓力，美國和歐洲正在限製與中國大陸的合作（下圖 CARNEGIE ENDOWMENT）。今年3月，美國與中國的《科學技術協議》隻悄然續簽了六個月。在歐洲，除了環境和氣候項目外，中國大學實際上被禁止通過歐洲大型研究項目“地平線”獲得資金。中國“自力更生”的科研目標，也令科學家們擔心北京變得更加內向。但是，合作之門一旦開啟，就再也難以關閉。

活到老，學到老

中西科學家的壓倒性觀點是，合作必須繼續，最好還能增加。盡管中國大陸的科研取得了長足進步，但它並未關閉國際合作的大門。實際上，中國大陸與國際合作的科研產出一直穩定在20%左右。西方國家科學家往往比他們的中國同行有更多的國際合作機會。但由於語言、政治因素，西方科學家在中國學習、訪問或工作的案例要遠遠少於他們的中國大陸同行在西方國家學習、訪問或工作。

由於地緣政治而對希望來西方實驗室的中國大陸學生和研究人員關閉大門，對西方科學來說會是災難性的。因為中國研究人員長期以來都是美國和歐洲頂尖大學許多院係的骨幹。資料顯示，2022年在美國工作的頂級人工智能研究人員中，出生於中國大陸的人比出生於美國的人要多（下圖 MARRO POLO）。

幾乎沒有跡象表明，中國大陸的科學發展會止步不前。即使中國大陸疲軟的經濟迫使中共放慢研究支出，大陸的科技依然可以蓬勃發展。英國劍橋大學的馬京生（Simon Marginson）教授說：“我認為，給中國奇跡設限是非常不明智的。因為到目前為止，中國奇跡遠未到達極限。”

參考資料

The Economist. (2024). China has become a scientific superpower. 鏈接 https://www.economist.com/science-and-technology/2024/06/12/china-has-become-a-scientific-superpower

Financial Review. (2024).How China became a scientific superpower. 鏈接 https://www.afr.com/technology/how-china-became-a-scientific-superpower-20240618-p5jmt1#:~:text=By%202023%2C%20China%20had%20reached,according%20to%20the%20Nature%20Index.