热点篇
第五章 未来产业相关热点
第一节 美国总统科技顾问委员会正式提出未来产业研究所概念和设计框架
一、事件回顾
2021年1月，美国总统科技顾问委员会在《未来产业研究所：美国科学与技术领导力的新模式》中正式提出了未来产业研究所的概念和设计框架，未来产业研究所是面向国家战略需求组建，多部门参与、公私共建、多元投资、市场化运营的研发机构，具有独特的组织模式和管理机制。未来产业研究所建设的主要目标是促进从基础研究、应用研究到新技术产业化的创新链全流程整合，从而推进交叉领域创新，促进创新效率提高，成为美国未来产业研发体系中的核心主体。
二、事件评析
当前未来产业已成为衡量一个国家科技创新和综合实力的重要标志。美国通过积极筹建未来产业专业研究机构，加强了对人工智能、量子科技、先进制造、未来通信、医药健康等前沿领域的布局和研发投入力度。我国则通过引领新需求、立足新科技、创造新动力、拓展新空间，将在类脑智能、量子信息、基因技术、未来网络、深海空天等前沿科技和产业变革领域，组织实施未来产业的孵化与加速计划。
以国家战略需求和未来产业竞争为导向，建立国家级高效能未来产业研究机构。此次美国提出的概念和设计框架，目标直指建立或准备筹建国家级未来产业研究机构，在战略高度上重视未来产业的发展，并出台一系列政策和法案扶持人工智能、量子信息、未来网络、生命健康等重点产业的发展。面向世界科技竞争前沿领域，我国也应成立专门的未来产业研究机构，聚焦未来行业变革，以筛选出具有战略意义和长远价值的未来产业进行重点扶持，统筹财政、技术、资金、人才等各方资源，从而推动未来产业的培育与发展。
打破传统科研机构的行政壁垒和限制，增强未来产业研究机构的自主性和创新活力。针对我国未来产业研究机构的组织设计和管理方式的建设路径，可借鉴美国总统科技顾问委员会对未来产业研究所的筹建模式，面向国家重大战略需求，强化国家对新型研发机构的纵向垂直和扁平化管理，赋予研究机构更多的自主管理权以提高其主观能动性，在人员配置、产业选择等方面与国家战略更好地结合，聚焦大数据、物联网、人工智能、量子科技、未来通信、生物医药等重点未来产业的发展。政府部门应建立未来产业研究机构与财政、科研、人才服务等相关部门的协调联动机制，为未来产业研究机构的稳定发展保驾护航。
以未来产业研究机构为载体和契机，畅通未来新技术产业化衔接与配合的通道。传统研究机构往往聚焦基础研究或应用研究的某一环节，造成了各阶段研究成果的割裂和衔接障碍，不利于整个研发体系的有效运转。我国可借鉴美国的多部门参与、公私共建、多元投资、市场化运营的新型研发机构的打造模式，建立覆盖从基础研究、应用研究到新技术产业化的全链条全生命周期的管理机制，具备独特的战略视角和研究优势。此外，面向经济技术主战场，我国应加强对未来产业培育和发展的全链条全周期管理，探索产业从底层科学技术支持到核心技术研发再到新技术产业化规模化的完整路径，从而提高资源投入效率和未来产业发展效能。
第二节 美国国防部公布《5G战略实施计划》
一、事件回顾
2021年1月5日，美国国防部公布《5G战略实施计划》，为国防部对5G网络的使用和推进提供了路线图，其中明确了美国国防部保障5G网络安全关键目标的努力方向。此前，欧盟网络安全局（ENISA）于2020年12月发布了《5G网络威胁态势报告》，探讨了未来应如何利用安全技术减少5G网络安全风险，对5G安全生态系统中的利益相关方提出了创新性建议。两份文件均针对5G网络安全风险及漏洞攻击提出了各自的意见和建议，通过分析可得到美国与欧盟应对5G网络威胁措施的相同之处和各自的创新之举。
二、事件评析
相同点方面，一是双方均强调应重视5G网络威胁情报与安全评估工作。包括对5G网络、平台或系统进行风险分析，以识别、评估和管理相关风险；考虑与5G相关的其他安全漏洞，了解安全漏洞引入5G的潜在风险以及缓解策略，并在开发过程和整个系统寿命周期中实施安全测试和漏洞检测；部署5G网络、平台或系统后，应进行额外的安全测试等。二是双方均提出应制定5G网络及其应用的公共安全标准和安全保障体系。包括制定5G网络风险管理战略、指导方针和程序，通过标准机构与行业合作发布5G威胁应对最佳实践等。
除上述两点相同之处外，美国与欧盟双方在应对5G网络威胁时也各有不同的侧重点。美国国防部创新性提出了5G“全程运营”的概念，提倡5G网络保护的全球运作，并以5G的底层设备和软件是不可信的作为假设前提，加强零信任模型在5G网络安全技术开发和验证上的应用。欧盟则强调5G安全领域的差异化研究。一方面，建议5G市场利益相关方，依据现有电信领域通用模型和框架分析5G相关应用的差异性；另一方面，建议5G网络安全领域的国家主管机构，着重对5G网络安全措施涉及的各领域进行差异分析。此外，欧盟还重视5G领域重要安全概念的一致性，强调政策法规、项目文件等5G相关文件中使用的术语应做到规范化。
第三节 “墨子号”实现1200千米地表量子态传输
一、事件回顾
新华社合肥站记者2022年5月6日从中国科学技术大学获悉，中国科学技术大学潘建伟院士及其同事彭承志、陈宇翱、印娟等近期利用“墨子号”量子科学实验卫星，首次实现了地球上相距1200千米两个地面站之间的量子态远程传输，向构建全球化量子信息处理和量子通信网络迈出重要一步。相关研究内容于2022年4月26日在线发表在国际知名学术期刊《物理评论快报》（Physical Review Letters）上。据新华网报道，审稿人认为，“这个实验比以前的实验更具挑战性，克服了重大技术挑战，对未来量子通信应用具有重要意义”。2012年，潘建伟团队在国际上首次实现百余千米自由空间量子隐形传态。10年后，他们成功实现突破，创造了1200千米地表量子态传输的世界新纪录。
二、事件评析
利用量子隐形传态来实现远距离量子态传输，是构建量子通信网络的重要实现途径之一，也是实现多种量子信息处理任务的必要元素。通过远距离量子纠缠分发的辅助，量子态可通过测量然后再重构的方式完成远距离的传输，传输距离在理论上可以是无穷远。但在实现中，量子纠缠分发的距离和品质会受到信道损耗、消相干等因素的影响。如何突破传输距离的限制，一直是该领域重要研究目标之一。
利用星载纠缠源向遥远的两地先进行纠缠分发，再进行量子态的制备与重构，是实现远距离量子态传输的最可能路径之一。然而，由于大气湍流的影响，光子在大气信道中传播后，实现基于量子干涉的量子态测量是非常困难的。在以往的实验中，量子态传输的制备方都是量子纠缠源的拥有者，不是真正意义上由第三方提供纠缠来实现先分发后传态的量子态传输。随着“墨子号”量子科学实验卫星的成功发射，潘建伟团队首先实现了千千米的双站纠缠分发，“墨子号”平台为量子通信实验提供了宝贵的纠缠分发资源。
为了克服远距离湍流大气传输后的量子光干涉难题，实验团队利用光学一体化粘接技术，实现了具有超高稳定性的光干涉仪，无须主动闭环即可长期稳定。结合基于双光子路径，偏振混合纠缠态的量子隐形传态方案，在云南丽江站和青海德令哈地面站之间完成了远程量子态的传输验证，并且在实验中对6种典型的量子态进行了验证，传送保真度均超越了经典极限。1200千米的距离为目前地表量子态传输的新纪录。该工作为未来构建全球化的量子信息处理网络奠定了重要基础。
第四节 欧盟提出人工智能监管法草案，构建欧盟统一人工智能治理体系
一、事件回顾
2021年4月21日，欧盟委员会提出人工智能监管框架草案，即制定统一的人工智能规则（人工智能法）并修正某些联合立法行为（以下简称草案），对可信赖的人工智能提出系列要求，并规定价值链所有参与者的义务，为企业和政府如何利用人工智能提供规则体系，旨在使欧洲成为全球可信人工智能中心。这是全球第一个人工智能的专门系统规范，欧盟希望借此成为制定新全球标准的先锋，并为开发符合伦理的技术开辟道路。
二、事件评析
草案明确人工智能系统禁止和限制使用规则。草案采用基于比例原则的风险控制方法，最大限度地平衡人工智能发展和安全的关系。根据风险分级，将人工智能系统风险分为不可接受的风险、高风险、最低或最小风险。一是禁止具有不可接受风险的人工智能系统在市场投放。主要包括对人类安全和权利构成明显威胁的人工智能系统，包括操纵人类行为或绕过用户自由意志；可导致个人身体或心理受到伤害的，例如，使用语音协助鼓励未成年人危险行为的玩具；政府对个人人格特征、社会信用进行的“社会评分”，导致对个人或群体产生歧视或不利待遇。二是限制高风险人工智能系统在市场投放。主要指人工智能系统功能、目的和方式的特定规则，可能危及自然人的健康、安全或基本权利，主要涉及交通运输、考试评分、在机器人辅助手术中的应用、招聘、信用评分、移民、庇护和边境管制、司法和民主程序等领域。只有在符合某些强制性要求和事前合格评估的前提下，高风险人工智能系统才被允许进入欧洲市场。为此需要部署适当的风险评估和风险缓解系统；为系统提供高质量数据集，最大限度地降低风险和歧视性结果；记录相关活动以确保结果的可追溯性；提供记录系统目的及有关必要信息，供当局评估其合规性；向用户提供清晰、充分的信息说明；部署适当的人为监督措施，最大限度地降低风险；确保高水平的稳定性、安全性和准确性。三是风险有限人工智能系统需遵守透明度义务。聊天机器人、情绪识别系统或生物特征分类系统及深度伪造系统应告知系统自然人，其正在与机器进行交互，可做出是否继续使用的决定。四是风险最低的人工智能系统可自由使用，如人工智能赋能的视频游戏或垃圾邮件过滤器等应用程序。
草案力图构建欧盟统一人工智能监管体系。一是构建联盟—成员国两级治理体系。在联盟层面，建立欧洲人工智能委员会（简称“委员会”），由成员国和委员会的代表组成，促进国家监管机构有效合作，促进法规有效和统一实施。在成员国层面，成员国指定一个或多个国家主管部门监督法规实施。国家监管机构负责调查高风险人工智能系统的义务和要求的遵守情况，调查对公民基本权益产生影响的安全事件，并定期将调查信息与元数据一起发送给委员会。二是建立欧盟高风险人工智能系统数据库。数据库由委员会运作，人工智能系统提供者将系统投放市场前，必须先注册并提供合格评定的有效信息、主管部门、用户等，可验证高风险的人工智能系统是否符合法规要求，并对那些对基本权利构成高风险的人工智能系统加强监督。三是鼓励非高风险人工智能系统的提供者制定行为守则，促进自愿采纳适用于高风险人工智能系统的强制性要求，并实施“监管沙盒”以促进负责任的创新行为。
第五节 美国夺回超级计算机世界第一，运速突破百亿亿次
一、事件回顾
2022年5月30日新公布的榜单显示，美国的超级计算机Frontier每秒浮点运算次数突破百亿亿次，重回世界第一的宝座。而中国最强大的超级计算机“神威·太湖之光”也曾经霸榜，然而2022年在世界上的排名仅仅为第六位。国际“TOP500”组织是发布已安装超级计算机排名的权威机构，名次每半年变动一次。2022年上半年的榜单已经公布，美国似乎成了这次最大的赢家。根据这次公布的结果，美国橡树岭国家实验室的超级计算机Frontier实测性能达到1102Pflop/s（千万亿次/秒），这个规模的数据也被称为E超算。
二、事件评析
在美国重新登顶之前，日本的超级计算机“富岳”已经连续两年霸榜，这次退居第二名，而且美国参与测评的超级计算机的算力接近日本的2倍，差距还是非常大的。在这次榜单的前十名中，有两个是中国的，分别是排名第六位的“神威·太湖之光”和排名第九位的“天河二号”。而美国在前十名中有5个，除了排名第一的Frontier，另外4个的排名分别是第四、第五、第七和第八。芬兰和法国在前十名中也各占一席。在这次榜单中，有173台超级计算机来自中国，有127台来自美国。
全球超级计算机500强榜单成立的目的是为了推动世界超级计算机的交流与合作。但是就像科学家是有国界的，这个榜单也是各国竞争的舞台，要考虑的东西就不仅仅是数据上的胜负了。1976年，世界上第一台超级计算机在美国诞生，而我国第一台超级计算机的名字是“银河”，诞生时间是1983年。我国的超级计算机起步时间是比较晚的，但是令国外没有想到的是中国的崛起速度。2010年11月，中国研制的超级计算机“天河一号”第一次实现登顶，向世界发出了自己的声音，记录保持了一年左右。“天河一号”的研发为我国的天气预报、航天和气候预报等领域做出了重要贡献。2013年下半年，中国研制的超级计算机“天河二号”再次登顶，在接下来的4届排名中，依然保持第一。这个时候就发生了有意思的事情，因为我们研究的“天河二号”中使用了美国英特尔公司研发的芯片技术，于是美国在2015年对中国实行芯片禁运，想要借此打败我国。事实表明美国还是小看了中国，在2016年6月，中国研制的“神威·太湖之光”登顶世界第一，这次完全没有采用美国的芯片，证明了中国的实力。
美国对华为芯片的封锁还是老调重弹，但是它确实抓住了我国存在的短板。“神威·太湖之光”的独自研发已经证明了我国的研发能力，就像我国的乒乓球一样，看待它的心态已经不同了。在“十三五”规划期间，我国已经完成3个E级超算的原型机系统的交付，现在过去这么长时间，肯定又有了新的突破。这个榜单排名已经失去了它的初衷，只是在比较数据的多少，毕竟超级计算机还是要为国家发展服务。中国在超级计算机的排名中选择低调，这并不影响我国的发展速度，经济发展才是看得见的成果。技术标准还是要与世界水平看齐，要补全自己的短板，美国所采用的手段是让我们保持清醒的良药。
第六节 美国发布《太空安全的未来：未来30年的美国战略》
一、事件回顾
2021年4月，美国智库大西洋理事会斯考克罗夫特战略与安全中 心发布《太空安全的未来：未来30年的美国战略》（The Future of Security in Space:A Thirty-Year US Strategy）研究报告。报告建议美国优先发展“作战响应空间技术群、在轨服务技术群、新兴防御技术群”等能够提升未来太空体系弹性的关键技术。该报告对未来30年美国在太空安全领域的战略进行了预测性研究，研究给出了短期（2021—2025）、中期（2025—2040）、长期（2040—2050）3个时间段内，美国在太空治理法律法规架构、太空安全联盟、太空商业化、地月轨道空间利用等方面的安全战略。
二、事件评析
弹性卫星网络成为下一代太空体系架构的基础。2019年7月，美国太空发展局（SDA）提出构建下一代太空七层体系架构，当前SDA的建设重点放在了“传输层0期”。传输层是弹性太空体系的主干，旨在为全球范围内的作战人员应用提供可靠、灵活、低延迟的军事数据和连接。2019年7月，美国太空发展局发布了首份信息征询书，阐述了下一代太空体系架构发展设想，提出由“传输层、跟踪层、监视层、威慑层、导航层、作战管理层、支持层”七层组成的下一代太空体系架构，充分展现了美国弹性太空战略的发展趋势。
在“弹性太空”思想指导下，美国提出了下一代弹性太空七层体系架构，重点研究抗干扰、强机动、软件定义的弹性卫星技术，探索“航天母舰”平台X-37B空天飞机、太空攻防武器、天基互联网等太空战关键技术的军事应用，始终引领着世界太空技术的发展。2020年8月，SDA选择洛克希德·马丁公司和约克空间系统公司为其“传输层0期”建造卫星。SDA计划在2022财年第四季度将“传输层0期”卫星送入轨道，在2024年以前建成一个拥有数百颗卫星的星座系统作为太空通信枢纽。
总的来说，军用低轨卫星星座建设成为优化天基互联网的重要手段，新一代弹性卫星技术成为创新卫星军事应用的重要途径。
第七节 俄乌冲突中的“星链”军事化应用值得关注
一、事件回顾
“星链”（Starlink）是目前全球已建成的最大规模卫星互联网系统，并积极在全球范围内推广商业通信服务。在“星链”商业属性之外，其军事用途日渐浮出水面：2021年曾先后两次毫无缘由变轨接近我国空间站，试图引发太空撞击事件；2022年2月末，“星链”卫星仅用48小时即恢复了乌克兰全境互联网通信能力。种种迹象表明，“星链”卫星互联网可实现军民两用，可能对我国国家安全带来重大安全风险隐患。研究分析“星链”计划的军民两用属性及背后的战略意图，可为下一步我国卫星互联网融合发展提供借鉴意义。
二、事件评析
“星链”卫星“无意接近”可用作太空武器威胁其他空间飞行器。首先，“星链”卫星已通过接近并干扰其他空间飞行器正常运行，迫使其离开目标空域。2019年，“星链”卫星与欧洲航空航天局的“风神”地球观测卫星擦肩而过，为避免“剐蹭”事故的发生，欧洲航空航天局被迫操作卫星进行变轨规避。2021年7月和10月，“星链”卫星先后两次变轨并接近我国空间站，出于对我国空间站和搭载航天员的生命健康安全考虑，我国空间站组合体两次实施“紧急避险”。其次，“星链”卫星可通过“碰瓷”或“自杀式”撞击等极端方式摧毁潜在目标空间飞行器。至2022年2月，美国太空探索技术公司（SpaceX）已经成功发射2091颗“星链”卫星，成为世界上拥有卫星数量最多的公司。“星链”卫星凭借低成本、小星体、数量巨大、灵活发射和较强轨道机动能力等优势，加大了太空空间监管网络追踪和管理的难度。在发生国家间冲突时，“星链”卫星可通过“自杀式”撞击等极端方式攻击其他国家高价值空间飞行目标，成为太空战的绝佳武器。
“星链”卫星“以民掩军”辅助战场通信、导航、遥感一体化能力。首先，“星链”卫星可快速恢复战场高速通信网络连接能力。其次，“星链”星座升级导航定位和即时遥感等功能可支撑精确制导、情报侦察等军事应用。SpaceX曾与美国军方开展过多次以一体化侦察、导航、作战指挥等为目标的试验与合作。一是构建GPS补充备份系统，以通信为主的“星链”星座，可以提升GPS系统的导航定位精度和抗干扰能力，辅助战场精确制导；二是“星链”卫星经过改造后，可能搭载各类先进光学传感器，提高对地观测的成像分辨率和重访频率，力求实现即时遥感功能。“星链”星座凭借低轨道密集部署、重访周期短、星间互联互通、功能载荷易扩展等优势，成为美国太空军事功能最完善、最具潜力的低轨卫星互联网星座，将在美“空天一体化”作战、“无尽边疆”太空战略实施中发挥重要作用。
第八节 美国发布量子传感技术应用战略计划
一、事件回顾
2022年3月，美国国家科学技术委员会量子信息科学小组委员会（SCQIS）发布了“将量子传感器付诸实践”的战略计划。量子传感技术已经给社会带来了巨大的好处，例如，全球定位系统（GPS）利用了原子钟，核磁共振成像（MRI）利用了核自旋控制进行医学成像。新的量子传感器在短期内也有机会成为可应用的技术，并产生类似的革命性影响。然而，从基础研究到商业化产品的漫长技术发展路线需要集中、持续的努力。伴随着广泛的应用空间和不同的终端用户需求，成熟的量子传感技术需要一个长期的战略来协调政府机构的优先事项并联合私人利益相关者。
二、事件评析
量子科技正处于从实验室研发到生产实践的关键期。量子科技的理论基础经历百余年发展已经成熟完善，利用量子物理特性突破电子计算机和电子传感器的物理极限，大幅提升人类获取、传输、处理信息的能力在理论上完全可行。自20世纪80年代提出量子计算机的理论模型之后，量子科技的应用研究取得了重大进展，演化出了量子计算、量子通信和量子传感测量3个主要应用领域，其中小部分成果已经足够成熟，开始迈向商业化和产业化阶段。量子传感测量是应用场景最丰富也是最接近商业化和产业化的领域，预计5年内可实现商业和军事应用。量子传感测量利用量子物理特性实现对时间、加速度、电磁场、重力场的超高精度测量，在民用和军事领域均有广泛和清晰的应用前景。民用方面，量子传感器可以大幅提升资源勘探、地震预测、核磁共振成像（MRI）、正电子放射断层造影（PET）等的精度和效率。此外，量子时钟可提供高频金融交易、电子支付、5G通信、智能电网的动态控制等应用所必需的精确计时。军事方面，量子传感器可以测量电子传感器无法精确探测的电磁场和重力场变化，从而实现在水下、建筑物内等无外部信号环境中的精确定位和导航。英国国防实验室的研究表明，基于量子技术的导航系统可以将潜艇的定位精度提升1000倍。美国陆军实验室提出“鬼成像”（Ghost Imaging）技术，可以实现复杂战场情况下的远距离高清成像。美国国防部、英国国家量子科技项目、欧洲量子旗舰项目等机构一致认为，量子传感测量将在未来5年内实现商业和军事应用。
量子计算是最具颠覆潜力同时也是难度最大的应用领域。通用量子计算以量子比特代替电子比特进行计算，根据物理机制可以分为超导量子、光量子、离子阱、量子点和拓扑量子5类。由于量子态的特性，构建量子计算机具有极高的技术难度，尚无法确定哪类技术会成为最终的解决方案。目前超导量子和光量子是最为成熟的技术路径，已经开发出可以快速解决特定数学问题的原型机，实现了远超传统电子计算的“量子霸权”，但这一超越仅限于非常特殊的个别数学问题。通用量子计算的简化版本“量子退火”和“量子模拟”具备清晰的应用场景，特别是前者可求解函数组合优化问题，已于2011年实现首次商业应用。普遍认为，5年内，有实际应用价值的量子计算将首先在生物化学和材料科学领域实现，并随着量子计算软/硬件的不断成熟，将在10～20年内全面应用于人工智能、自动驾驶、保密通信等众多领域。
量子通信的第一代应用“量子密钥分配”（QKD）已经完成小规模部署，第二代应用“量子传态”仍处于技术研发阶段。2007年前后，中国和欧洲分别实现了第一代量子通信应用QKD的短距离数据传输试运行。2017年，瑞士构建了连接电信数据中心、银行和政府的光纤QKD数据传输线路。同年，中国建成了全球第一条长距离量子保密通信干线“京沪干线”，并通过卫星QKD首次实现了跨洲视频通信。2020年，日本东芝成功使用光纤QKD传送了数百GB的基因组数据，首次实现QKD的大数据传输。虽然第一代量子通信技术已有小规模商用案例，但其安全性、可靠性和效率仍无法满足大多数商业和军事用途。因此，第二代量子通信应用“量子传态”被寄予厚望。目前该技术还处于实验室研发阶段，预计10年左右可以进入商业化阶段，最终目标是建立由量子通信网络将各种终端设备连接在一起的“量子互联网”（Quantum Internet）。