數字科技是基于物理世界和數字世界映射互動的體系提煉的一個新概念，是當今世界創新速度最快、通用性最廣、滲透性和引領性最強的領域之一。數字科技創新正在加速推動學科創新、研究新范式、科學新發現、產業新模式等的變革。本報告對2021 年世界科技強國數字科技發展趨勢進行分析，并對我國數字科技創新發展戰略提出政策建議。
01國外數字科技發展現狀
（一）人工智能
1. 多個國家出臺或更新AI戰略并持續加大研發投入
2021年3月，美國國家AI安全委員會發布《AI國家安全委員會最終建議報告》。
2021年5月，俄羅斯政府通過了為AI項目提供補貼等支持AI發展的兩份政府決議，推動AI與各產業深度融合。2024年前將為AI試點項目投資52.6億盧布。
2021年6月，澳大利亞政府發布“AI行動計劃”，旨在使澳大利亞成為開發和采用可信、安全和負責任AI的全球領導者。
2021年6月， 日本內閣府提出《AI戰略2021》草案，針對建設“超智能社會5.0”、應對全球共同問題和日本自身社會經濟難題等國家總體科技戰略需求，在教育改革、研究開發、社會應用、支持中小企業的數字化轉型、數字化政府、倫理道德、數據基礎設施等方面提出新的政策措施。
2021年12月，法國政府出臺《AI國家戰略》新計劃，未來5年將投入22億歐元加快AI發展。
2. 全球AI專業研發機構不斷涌現
2021年6月，英國商業、能源與產業戰略部、英國研究與創新局與IBM合作成立新的AI和量子計算中心，即哈特里國家數字創新中心，計劃5年內共投資2.1億英鎊，在材料、生命科學、環境和制造等領域開展跨學科合作。
2021年7月，美國國家科學基金會（NSF）在2020年第一輪資助的7個國家AI研究所的基礎上，投入2.2億美元新建11個國家AI研究所。在人機交互與協作、AI優化、AI和先進網絡基礎設施、計算機和網絡系統AI、動態系統AI、AI 增強學習、AI驅動的農業和食品系統創新等領域開展變革性研究。此外，美國商務部還成立國家AI咨詢委員會，白宮科技政策辦公室成立國家AI研究資源工作組。
澳大利亞政府將為該計劃共投入1.241億澳元：4年內投入5380萬澳元成立國家AI中心和4個AI與數字能力中心；4年內投入3370萬澳元，支持澳大利亞企業與政府合作實施AI試點項目；6年內投入2470萬澳元啟動“下一代AI畢業生計劃”；5年內提供1200萬澳元用于“區域AI計劃”。
3. AI前沿技術在國防和科學研究領域的應用進一步細化
AI在國防領域的應用
2021年8月，美陸軍未來司令部AI集成中心概述了未來五年美陸軍感興趣的11個AI研究領域，包括：數據分析、自主系統、安全和決策輔助等。
2022年2月，以色列國防部公布新的AI戰略，首次發布多軍種和多指揮部的AI技術部署計劃，促進以色列國防的數字化轉型。
2021年10月，北約國防部長峰會通過了第一個AI戰略，該戰略啟動“北約創新基金”，投入10億美元，以促進“跨大西洋防務和安全”。
3.2 AI 在數學、能源等科學研究領域的應用
AI“進軍”數學領域首次幫助人類發現兩個新猜想。2021年12月，計算機科學家和數學家首次使用AI來幫助證明或提出紐結理論和表示論等復雜數學領域的新定理，幫助數學家發現新的猜想和定理。
AI推動能源技術發展。2021年12月，弗吉尼亞理工大學結合機器學習算法和識別新催化劑的理論，設計了一種新的AI框架，可以促進原料發現，對于重要技術至關重要，如燃料電池和碳捕獲設備。
DARPA利用AI加速科學模型的開發。“自動化科學知識提取和建模”（ASKEM）項目創建知識- 建模- 模擬生態系統，并賦予其必要的AI方法和工具，以敏捷地創建、維持和增強復雜的模型和模擬器，支持專家在不同任務和科學領域的知識和數據知情決策。目標是使專家能夠維護、重用和改編大量的異質數據、知識和模型，具有跨知識源、模型假設和模型適應性的可追溯性。
AI加速新材料開發。2021年5月，中國、俄羅斯和德國的研究人員采用第一性原理計算和AI設計單原子合金催化劑，提出了一種針對單原子合金催化劑的新搜索算法，該算法找到了200多種新催化劑，提供了尋找適用于各種應用的最佳單原子合金催化劑的方法。
AI在微電子領域的應用。2021年4月，美國情報高級研究計劃局（IARPA）宣布將開展“支持AI的下一代微電子技術（MicroE4AI）”項目研究，優先資助顛覆傳統軟硬件集成的研究方案，包括從材料性能到系統架構、再到軟件實現等各個環節的突破和革新。
AI 在核物理研究領域的應用。2021年12月，美國能源部（DOE）宣布為六個項目提供570萬美元，實施AI方法以加速核物理研究中的科學發現。
AI在天氣預測研究中的應用。2021年11月，勞倫斯伯克利國家實驗室、加州理工學院和英偉達公司訓練了傅里葉神經操作員深度學習模型-該模型準確有效地學習復雜的物理系統- 以模擬大氣動力學并提前整整五天提供全球高保真極端天氣預測。該模型可提前120小時以高保真度預測大氣中多個級別的風速和壓力。
4. 歐美主要國家和國際標準化組織重視AI標準研究和制定工作
美國不斷加強政策對標準的引領。2021年1月，美國國家標準協會發布《美國標準化戰略2020》
歐盟通過標準和立法加強監管。2021年2月，發布《歐洲標準化戰略2030》。2021年4月，發布《AI標準化格局——進展情況及與AI監管框架提案的關系》，通過制定國際、歐洲標準支撐AI監管。
國際標準化組織和國際電工委員會以信息技術為核心，依托AI分技術委員會開展AI標準化工作，重點圍繞AI基礎共性、關鍵通用技術、可信任及倫理、AI安全、關鍵行業應用方面開展標準化工作。
（二）量子科技
世界主要國家將量子科技視為搶占經濟、國防、安全等領域全方位優勢的戰略制高點，繼歐盟2018年發布《量子技術旗艦計劃》、美國2019年頒布《國家量子計劃法案》、日本2020年出臺《量子技術創新戰略》后，2021年又有部分國家相繼發布量子科技發展戰略及路線圖，密集布局量子計算、量子通信、量子傳感等量子科技。
1. 量子科技發展戰略及路線圖
2021年1月，法國政府頒布實施為期5年“國家量子戰略”，提出法國將于2023年前后完成世界第一臺第一代通用量子計算機完整原型。
2021年3月，由慕尼黑大學、馬普學會量子光學研究所、TRUMPF公司組成的德國量子系統議程委員會發布了《量子系統2030議程》，確定德國在未來十年量子系統領域的研究重點和挑戰，并將于2022年啟動“量子系統計劃”。
2021年5月，德國聯邦經濟與能源部以及聯邦教研部宣布將投資約20億歐元支持量子計算技術發展。德國宇航中心（DLR）獲得7.4億歐元，負責整合德國在量子技術方面的專業知識開展產學研合作，開發本國量子計算機及應用并建立工業基地。
2021年7月，加拿大政府在官網上宣布將制定《國家量子戰略》，未來7年內將投資3.6億加元。
2021年10月，歐洲核子研究組織公開發布的《量子技術與戰略路線圖》。
2022年2月，隸屬于美國白宮科技政策辦公室的國家量子協調辦公室和NSF聯合發布《國家量子信息科技人才發展戰略規劃》。
2. 量子科技專業研究機構
2021年4月，美國國家安全局物理科學實驗室成立新的量子比特聯合研究中心。2021年5月，德國宇航中心新建量子技術研究所，將重點推進量子技術的研發，同時還將與工業界合作，提升相關技術的成熟度，打通量子技術基礎研究與應用之間的橋梁。
3. 量子科技的跨學科研究發展
2021年1月，英國國家研究與創新署宣布，將專門支持多學科和跨學科研究的戰略優先基金（SPF）中的3100萬英鎊支持7個量子項目，利用量子技術進行早期宇宙和黑洞、暗物質等基礎物理學研究。
2021年5月，DOE撥款1000萬美元用于量子信息科學（QIS）和核物理的跨學科研究，旨在利用核物理界的專門知識和能力，推進量子計算和量子傳感器等領域，并利用QIS的進展擴大對核物理的理解。
4. 成立量子聯盟構建產業生態
美國2018年成立量子經濟發展聯盟。
2021年，日本和德國成立了量子產業聯盟。
2021年5月，日本企業成立了“通過量子技術創造新產業委員會”的創始人協會，9月1日，該協會的24家公司在大會上正式成立了產業委員會，命名為量子戰略產業革命聯盟（Q-STAR）。
2021年6月，德國十家公司寶馬、博世、SAP、西門子和大眾等聯合成立量子技術與應用聯盟(QUTAC)。
（三）5G/6G
各國正在加緊布局5G戰略。
2021年1月，新加坡宣布投入3000萬新元推動5G技術的應用及商業化。
2021年3月，歐盟委員會發布《2030數字羅盤：歐洲數字十年之路》，該計劃中的目標之一是到2030年，歐洲所有家庭應實現千兆網絡連接，所有人口密集地區實現5G網絡覆蓋，并在此基礎上發展6G。
2021年7月，法國政府啟動5G和未來電信網絡技術加速戰略，以通過5G技術推進法國向數字應用前沿發展。
2021年8月，韓國宣布“5G+融合服務擴散戰略”。截至2021年12月31日，韓國5G用戶已突破2000萬人，并完成了5G在其85個城市的覆蓋。
6G仍處于標準化和純實驗研究的早期階段，但多經濟體已經開始6G的戰略布局。
歐盟2021年1月啟動Hexa-X項目5，開發6G生態系統。
2021年4月，德國啟動首個6G技術的研究項目，并隨后成立4個6G研究中心6。
2021年6月，韓國公布“6G 研發實行計劃”研發6G核心技術7。
2022年1月4日，我國紫金山實驗室發布了面向6G的太赫茲100/200Gbps實時無線通信重大成果，為目前世界上公開報道的太赫茲實時無線通信的最高實時傳輸紀錄。
2022年2月，Next G聯盟發布了北美第一份《6G發展路線圖》，提出北美6G發展的愿景和六大目標。該聯盟成立于2020年10月中旬， 由北美主要運營商AT&T、T-Mobile和Verizon，設備供應商愛立信、諾基亞和三星，以及谷歌、Meta和高通等80家成員組成。
（四）高性能計算
1. 各國將高性能計算作為重要戰略領域
高性能計算技術作為國家戰略需求，正日益受到各國的高度重視。
韓國制定了到2030年的高性能計算中長期發展戰略——《國家超高性能計算創新戰略》，旨在將韓國打造成為高性能計算強國，實現第四次工業革命時代的量子跳躍。
法國國際關系研究所在報告《戰略計算：高性能計算以及量子計算在歐洲尋求技術力量中的作用》中強調高性能計算與量子計算對未來國家安全的重大影響。
歐洲能源研究聯盟“能源數字化”計劃發布《能源數字化戰略研究與創新議程》。
2021年10月，美國科學技術委員會發布《國家戰略計算儲備藍圖》。
2. 各國持續加強高性能計算項目部署
歐盟“歐洲處理器計劃”2021年12月宣布已完成為期3年的第一階段任務，項目第二階段將于2022年1月啟動，開發第二代芯片，助力推出歐盟的第一套E級超算系統，與中國和美國展開競爭。
美國國防高級研究計劃局DARPA啟動“低溫邏輯技術”項目，開發極低溫的器件技術，以克服高性能計算面臨的功率效率限制。美國能源部為“面向能源創新的高性能計算HPC4EI”計劃撥款370萬美元；投資280萬美元用于高性能算法研究。
英國原子能管理局與英國科學與技術設施理事會合作，啟動聚變研究超大規模計算卓越中心，應用最新的計算系統和超級計算技術，加速英國聚變能項目研究。
（五）區塊鏈
1. 隨著全球數字化進程的深入推進，各國不斷加大對區塊鏈技術的扶持力度。
歐盟“數字歐洲（Digital Europe）”計劃啟動“歐洲區塊鏈技能”，以促進區塊鏈技能發展，滿足歐洲區塊鏈行業需求。歐盟通信網絡、內容和技術總局2021年管理計劃中指出要重點開發區塊鏈等技術，在關鍵技術領域確保歐洲戰略自主權。美國議員陸續發起《2021區塊鏈促進法案》、《區塊鏈創新法案》、《2021區塊鏈技術協調法案》等相關法案，建議美國進行區塊鏈技術研究與監管。阿拉伯貨幣基金組織發布《阿拉伯國家采納DLT/區塊鏈技術戰略》指導框架，旨在推動阿拉伯國家的數字金融轉型。
2. 區塊鏈技術不斷成熟落地，技術應用滲透各個領域
澳大利亞與新加坡在一項數字經濟合作中，通過區塊鏈試驗項目研究數字驗證系統的互操作性，以提高兩國間貿易效率。以色列銀行正在籌備數字貨幣發行計劃，實驗將“以太坊”區塊鏈技術用于數字貨幣。美陸軍C5ISR中心利用區塊鏈技術實現新的戰術級數據管理能力，確保數據可信傳輸。利用區塊鏈技術支持和保護數字供應鏈機密信息通信，美空軍擬研究區塊鏈聯合3D打印技術，在全球前沿作戰基地制造、測試、部署武器系統的關鍵替換部件。
（六）元宇宙
元宇宙是整合多種新技術而產生的新型虛實相融的互聯網應用和社會形態，它基于擴展現實技術提供沉浸式體驗，基于數字孿生技術生成現實世界的鏡像，基于區塊鏈技術搭建經濟體系，將虛擬世界與現實世界在經濟系統、社交系統、身份系統上密切融合，并且允許每個用戶進行內容生產和世界編輯。元宇宙仍是一個不斷發展、演變的概念，不同參與者以自己的方式不斷豐富著它的含義。
2021年11月，韓國首爾市政府發布《元宇宙首爾五年計劃》，宣布從2022年起在經濟、文化、旅游、教育、信訪等市政府所有業務領域打造元宇宙行政服務生態，以提升城市的競爭力、行動力、吸引力。這是韓國地方政府在虛擬現實服務領域提出的首個工作規劃。“元宇宙首爾”計劃分為“ 起步（2022年）”“ 擴張（2023年~2024年）”和“完成（2025年~2026年）”三個階段。2022年將通過第一階段工作完成平臺的搭建，引入經濟、教育、觀光等7 大領域服務，總投資計劃為39億韓元。
02我國數字科技發展現狀
（一）人工智能
我國通過制定一系列AI政策加強AI頂層設計，推動AI技術、產業和標準相關工作。
2017年7月， 國務院印發《新一代AI發展規劃》，提出了開展AI標準框架體系研究的重要任務。
2017 年12 月，工業和信息化部印發《促進新一代AI產業發展三年行動計劃（2018~2020年）》。
2020年7月，國家標準委、發改委、工信部等聯合印發《國家新一代AI標準體系建設指南》，形成標準引領AI產業發展的新格局。
截至2021年12月，全國共有18個人工智能創新發展試驗區，依托科教資源和產業基礎，加強人工智能技術研發和創新成果應用，加強制度創新，構建有利人工智能健康發展的政策環境，探索新一代人工智能發展的新路徑、新機制，形成可復制、可推廣的經驗。
（二）量子科技
我國擁有全球首顆量子通信衛星和首條量子保密通信干線，在量子通信方面一直處于世界領先地位。
2021年初，我國宣布基于“墨子號”量子衛星與量子保密通信“京滬干線”成功構建出天地一體化廣域量子通信網絡，實現跨越4600公里的星地量子密鑰分發，是量子通信“巨大的工程性成就”。
6月，中國科學技術大學基于雙場量子密鑰分發的實現方式，于“濟青干線”現場光纜環境中實現了428公里和511公里的遠距離傳輸，刷新現場遠距離光纖量子通信的世界紀錄。
在量子計算方面，我國是目前唯一在光量子和超導量子比特體系兩條技術路線上達到“量子優越性”里程碑的國家。
2021年5月，中國科學技術大學潘建偉團隊成功研制出62比特可編程超導量子計算原型機“祖沖之號”，實現可編程的二維量子行走。
僅5個月后，“祖沖之二號”問世，操控的超導量子比特達到66比特，能實現“量子隨機線路取樣”任務的快速求解，求解速度比當時最快的超級計算機快1000萬倍，計算復雜度比谷歌公開報道的53比特超導量子計算原型機“懸鈴木”提高100萬倍30，達到世界領先水平。
同時，在光量子計算領域推出“九章二號”光量子計算原型機，刷新國際光量子操縱技術水平。
（三）“5G+ 工業互聯網”
制訂戰略規劃指引“5G+工業互聯網”發展方向：
2021年1月，工信部發布《工業互聯網創新發展行動計劃（2021~2023年）》提出網絡體系強基行動，持續推進“5G+工業互聯網”融合應用。
2021年7月，工信部、中央網信辦、國家發展改革委等十部門印發《5G應用“揚帆”行動計劃（2021~2023 年）》到2023年底，形成基礎共性和重點行業5G應用標準體系，完成30項以上重點行業關鍵標準研制。
5G應用場景不斷拓展。截至2021年11月，我國5G應用創新的案例已超過1萬個，覆蓋22個國民經濟重要行業，工業制造、采礦、港口等垂直行業應用場景加速規模落地，已由最初的生產輔助類業務為主向設備控制、質量管控等核心業務拓展，是當前5G應用方案較為成熟的領域。
（四）區塊鏈
1. 我國進一步加強區塊鏈頂層設計和政策引導性
區塊鏈作為新興數字產業被納入我國“十四五”規劃綱要。
工信部、中央網信辦聯合發布國家首個部委級別的區塊鏈專項政策《關于加快推動區塊鏈技術應用和產業發展的指導意見》，指出加快技術應用規?；?，建設具有世界先進水平的區塊鏈產業生態體系。
國家重點研發計劃“區塊鏈”重點專項2021年度擬立項項目中，涵蓋區塊鏈架構設計、區塊鏈安全、區塊鏈存儲等重點領域。
此外，各地政府在十四五規劃中提及要大力發展區塊鏈技術，因地制宜地制定了區塊鏈專項政策。
2. 我國區塊鏈技術創新持續活躍，技術應用與產業生態加速演進。
整體技術穩中有進：2021年全球區塊鏈行業專利申請數量為18931項，我國區塊鏈申請量達15985項，占全球申請總量的84%，位居第一。
核心技術呈點狀突破態勢：中科院軟件所張振峰團隊與美國新澤西理工學院共同提出國際首個完全實用的異步共識算法小飛象拜占庭容錯算法；國內首個自主可控區塊鏈軟硬件技術體系長安鏈發布，陸續推出全球首款96核區塊鏈專用加速芯片、自研P2P網絡Liquid等重大成果。
技術應用與實體經濟加速融合：根據公開數據統計，截止2021年10月底，我國2021年總共落地區塊鏈項目數151個，全國近31個省市實現了區塊鏈應用落地。
（五）高性能計算
我國高性能計算機研制和應用水平、生產制造力、實際部署數量均已進入世界前列。
由國防科技大學研制，部署在國家超級計算天津中心的“天河”E級計算機關鍵技術驗證系統，在2021年7月發布的國際Graph 500排名中，獲得SSSP Graph500（單源最短路徑）榜單世界第一、BIG Data Green Graph500（ 大數據圖計算能效）榜單世界第一的成績。
在2021年11月公布的全球超級計算機TOP 500榜單中40，我國超算“神威?太湖之光”和“天河二號”分別排名第四和第七。排名前三的分別是日本超算Fugaku、美國超算Summit和Sierra。在總量方面，中國共有173臺超算上榜，上榜數量連續第9次位居第一，美國以150臺位列第二。
此外，中國超算應用團隊基于新一代神威超級計算機研發了神威量子計算模擬器，憑借“超大規模量子隨機電路實時模擬”成果獲得2021年度超級計算應用領域國際最高獎項“戈登?貝爾”獎。
（六）網絡基礎設施
2021年，我國網絡安全法規條例密集施行。
2021年8月17日，《關鍵信息基礎設施安全保護條例》正式公布，自2021年9月1日起施行。同時實施的有我國數據安全的首部律法——《中華人民共和國數據安全法》以及《網絡產品安全漏洞管理規定》。
《中華人民共和國個人信息保護法》于2021年11月1日開始施行，與《中華人民共和國網絡安全法》一起，形成了圍繞《中華人民共和國國家安全法》的較為完善的法律體系和頂層設計，全面維護國家安全、網絡安全、數據安全和個人信息權益。
作為物聯網的關鍵技術指標，我國超額完成IPv6主要指標。截至2021年12月底，我國IPv6活躍用戶數達6.08億， 占網民總數的60.11%。主要商業網站及移動互聯網應用IPv6 支持率達80.7%。
03啟示與建議
（一）持續發揮數字科技的賦能作用
2022年1月，國務院印發《“十四五”數字經濟發展規劃》（以下簡稱《規劃》），明確了“十四五”時期推動數字經濟健康發展的指導思想、基本原則、發展目標、重點任務和保障措施。發揮數字科技賦能的巨大威力，提高實體經濟的全要素生產力，是貫徹落實《規劃》關于推動數字技術與實體經濟深度融合要求的重要保障。
（二）全力打造數字科技產業生態
我國在消費級數字應用領域領先，但在企業級、科學研究等領域的數字應用還存在明顯差距。數字科技只有應用于現實的產業場景才能實現真正的價值，產業生態的發展將從需求端拉動數字科技供給能力的提升，進而推動數字科技不斷前進，形成螺旋式上升趨勢。以高性能計算為例，發展目標不應僅僅是建造運算速度快、性能強大的計算機，而是建立一個基礎深厚的技術生態系統。
（三）加強數字科技創新體系建設
加強數字科技基礎研究，推動研究型高校和科研院所在數字科技領域研究，打造面向數字科技的學科體系。布局一批產學研新型研發機構，面向數字科技前沿，如人工智能、量子科技、區塊鏈、物聯網等重點技術和工程領域部署建設一批國家（?。┘壷攸c實驗室、工程研究中心、工程技術研究中心。支持數字科技龍頭企業、大中型數字科技領軍企業與中小微企業組成聯合體搭建共性技術平臺，共同參與數字共性技術研發。
來源：高科技與產業化
原標題：2021年數字科技發展趨勢分析
