科学领域重心转移
一项衡量科研领导力的研究显示，中国正逐步赶上美国。这项指标关注的是谁在主导科研工作，而不只是发表了多少论文。一项涵盖近600万篇论文的大型研究发现，2023年中美合作论文中有45%由中国科研人员主导，高于2010年的30%。如果当前趋势持续，两国预计将在2027年或2028年前后平分科研领导角色。研究人员利用机器学习分析论文贡献声明和作者署名数据，推断哪些研究人员主导了项目。这一方法能够衡量影响力，不局限于论文发表数量或引人注目的总引用量。
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这一变化意义重大，因为领导力体现了谁在提出问题、设计方法、争取资源并引领合作。这表明中国不仅在产出科研成果，也日益成为全球科研活动的组织者。与此同时，美国科研体系内部的动荡加剧，资金争夺、招聘冻结和不时发生的裁员削弱了科研人员的信心，也促使外国机构招揽人才。在从人工智能到半导体和先进材料等多个关键领域，研究模型显示，中国可能在2030年前赶上美国，达到科研领导力上的平衡。
同一模型还探讨了中美科研联系进一步减弱会产生什么影响。在一种脱钩情景下，中国在全球科研项目中的主导份额会上升，因为与美国同行相比，中国科学家更有可能主导与欧洲及其他伙伴的合作。北京还大力投入“一带一路”倡议下的国际教育，以加强科研合作网络。自2012年以来，中国已拨款约333亿元人民币用于培养外国留学生，生源主要来自非洲和南亚。到2018年，中国留学生中近一半来自这些地区；如今，中国研究人员在与许多“一带一路”参与国的合作中占据主导地位。
科研领导力的真正含义
不同学科的署名惯例各异，但领导力往往体现在通讯作者或资深作者等关键角色上，也体现在论文贡献声明中，例如谁提出了实验构想、建立了模型或负责数据收集。研究使用机器学习分析这些信号，以判断谁可能主导了各个项目。这种方法很有价值，因为大型联盟或反复进行的渐进式研究可能推高论文发表量，而领导力更能体现思想方向和议程设定。
多项相互独立的指标都显示，中国在高影响力研究领域迅速崛起。包括追踪全球高被引论文占比在内的多种排名方法发现，中国发展迅速，而且按某些指标衡量，在多个科学、技术、工程和数学（STEM）领域的影响力已略胜美国。中国的专利申请量也大幅增长，2021年约为美国的两倍。这些指标并不能全面体现研究质量，但与合作论文中观察到的领导力信号相吻合。
从合作到竞争：中美趋势线
中美合著论文中由中国主导的比例从2010年的30%升至2023年的45%。按这一趋势推算，两条趋势线将在未来几年交汇。这一变化反映出中国提出原创构想、资助复杂项目以及协调跨机构团队的能力不断增强；与此同时，美国在基础研究基础设施和顶尖实验室方面仍拥有无可匹敌的优势。
研究人员模拟中美联系减少的情景后发现，中国在全球科研项目中的领导份额不降反升。中国团队已经在与欧洲及亚洲各地的许多合作项目中发挥主导作用，因此部分脱钩会使科研活动转移，而非停止。北京也在利用教育为未来合作铺路。“一带一路”倡议下的奖学金、联合学位和访问学者项目资助，建立起人才培养渠道，如今这些渠道将中国实验室与南亚至非洲的大学联系起来。论文数据反映出这些网络的影响：中国主导了与许多相关国家的合作。
人才流动与人才回流
数十年来，美国受益于源源不断的海外受训科学家，尤其是来自中国的科学家。但这一优势正面临压力。2010年至2021年间，近2万名华裔科学家离开美国前往其他国家；他们在美国开启职业生涯，离美人数则从2010年的900人增至2021年的2621人。2018年“中国行动计划”启动后，离美人数增加了约75%；到2021年，约三分之二迁居的研究人员选择前往中国任职。接受调查的科学家表示，他们对合作和经费申请感到焦虑，许多人称自己作为学术研究人员感到不再那么安全。
在一项同行评审的趋势分析中，发表于《美国国家科学院院刊》的作者警告称，这种氛围可能削弱美国吸引和留住顶尖人才的能力。
美国长期以来受益于移民科学家的贡献，尤其是来自中国的科学家。这些事态发展威胁美国留住和吸引顶尖科学人才的能力，可能削弱其在科学技术领域的全球领导地位。
美国国家科学院院长玛西亚·麦克纳特也曾警告，中国科研投资和产出的增长速度超过美国。她直言不讳地表达了担忧。
在我看来，这些情况都表明，令人担忧的趋势正在显现。
中国率先取得进展的领域
科研领导力的变化在各国政府视为战略重点的技术领域最为明显。一项采用美国指标、聚焦关键技术的研究显示，在美国国家科学基金会指定的11个优先领域中，中国研究人员有望在其中8个领域于2030年前达到与美国相当的领导力水平。这并不意味着中国将在所有商业市场占据主导地位，但表明中国在设定科研议程和发表高影响力研究方面实力强劲。
人工智能与半导体
中国在人工智能核心研究领域的影响力不断扩大，涵盖机器学习架构、计算机视觉和自然语言处理等方向。许多相关论文由大型跨学科团队完成，并涉及高计算量实验。在半导体领域，中国在尖端制造和获取某些工具方面面临障碍，但中国实验室在材料、器件物理和设计技术方面成果丰硕，这些领域支撑着未来几代芯片的发展。论文发表上的领导地位并不保证制造业领先，但会影响推动新芯片问世的科学研究方向。
量子技术
中国将量子技术视为国家重点领域，已承诺投入大量公共资源，投资额约为150亿美元。中国建成了全球最大的量子通信网络，覆盖约1.2万公里，并通过“墨子号”等量子卫星延伸至太空。中国研究团队每年发表的量子相关论文数量超过其他任何国家。尽管美国在部分量子计算专利和私营部门发展方面仍具优势，中国在量子通信基础设施上遥遥领先，并将公共研究机构与国有企业结合起来，部署现实世界中的系统。
美国业界领袖认为，要保持竞争力，持续投资和一体化科研生态体系至关重要。一位知名人士对此作了简明概括。
要保持美国的领导地位，就必须持续投资基础研究。
生物技术与健康科学
中国已建成广泛的生物技术产业基础，背后有充足的公共资金支持、以上海等城市为中心的研究集群，以及在合同研究、生物制造和原料药方面的强大能力。中国实验室在基因组学、细胞疗法和合成生物学领域产出的高影响力研究日益增多。中国政府将遗传数据视为战略资源，在限制外部获取的同时扩大国内数据集，为人工智能增强分析提供支持。许多中国企业仍依赖海外伙伴和市场来开发先进产品，国内定价政策也可能限制其回报。不过，科研引擎依然强劲，即便地缘政治竞争加剧，仍吸引着外国投资和合作伙伴。
公共卫生和医学研究通过“健康丝绸之路”与外交相交汇。这一倡议涵盖疾病监测、基因组学和临床试验等项目，扩大中国在新兴地区的科研影响力。这一做法覆盖面广，联结军事、民用、学术和商业力量，以增强长期发展能力。
能源与材料
中国研究人员在材料科学领域发表了大量论文，涵盖电池化学、用于氢和氨生产的催化剂，以及让结构更轻、更坚固的先进复合材料。储能和新能源发电领域的发展轨迹，体现了多年持续投资和国内绿色技术需求不断增长的成果。从实验室发现走向全球产品，取决于供应链、标准和资本获取等因素，而各方的政策选择都会影响这些领域。
资金、高校与规模效应
资金规模和人才培养渠道是科研领导力的关键。2021年，美国在研发方面的支出约为8060亿美元，中国的投入约为6680亿美元。中国的增长速度约为美国的两倍，如今每年培养的STEM博士远多于美国。预计到2025年，中国高校每年将授予约7.7万个STEM博士学位，而美国约为4万个。中国的研究人员数量也超过美国和欧盟的总和。这些数字都会影响论文发表和科研领导力指标。
高质量论文数据库显示，中国在部分顶尖期刊中的论文贡献领先幅度不断扩大。2024年的数据显示，中国以明显优势位居榜首，而美国的占比有所下降，化学及部分物理科学领域尤为明显。美国在健康科学领域仍然领先，在生物科学领域也保持第一，但随着中国在这些领域的产出快速增长，双方差距已缩小。
中国的高等教育体系在规模和质量上都迅速扩张。一项主要的2025年全球排名首次列出比美国更多的中国高校。在强调论文影响力的其他几项全球排名中，中国上榜高校数量也居首位。清华大学和北京大学等顶尖高校已跻身第一梯队，更多地方高校则专注于人工智能、量子技术、生物技术、新能源技术和环境科学。这一广泛的基础培养出大量研究生和博士后，他们进入国家实验室和企业工作。
美国科研实力雄厚、创新活跃，但预算不确定性已成为阻力。拟议中的联邦科学机构预算削减，包括大幅削减美国国立卫生研究院经费，引发了资金收紧的担忧，而私人慈善捐赠不太可能完全弥补缺口。政策争议和高校治理规则的变化，也使一些校园对外国学生和教师的吸引力下降。再加上对跨境合作审查趋严，这些因素可能侵蚀支撑美国数代科研领导地位的人才优势。
脱钩时代的合作
对先进芯片及其他技术实施出口管制，并限制敏感研究领域，正促使实验室重新审视合作网络。欧洲各国政府正在加强部分领域的审查，同时努力在其他领域保持开放。中国也对指定的战略领域实施了自己的出口管制和国际共享限制。合作并未终止，只是转向其他渠道。新研究中的领导力模型显示，如果中美关系进一步走弱，中国在全球项目中的主导份额仍会提高，因为中国团队更常与欧洲、南亚及其他地区的伙伴合作并发挥主导作用。
教育外交也发挥着作用。自2012年以来，中国资助了大批国际学生，尤其是来自非洲和南亚的学生。到2018年，中国外国留学生中近一半来自这些地区；论文数据如今显示，中国主导了与许多“一带一路”国家的合作。这些关系带来彼此熟悉、共同培训和持续合作，并在几年后反映于科研领导力指标中。
标准制定和规则正成为新的竞争领域。中国正致力于扩大量子通信网络并推动国际合作，而西方政府则聚焦可信供应链和盟友间共同遵循的协议。生态体系碎片化会减缓思想传播并造成不兼容。志同道合国家之间牢固的科研联系可以降低这种风险，但跨境合作持续减少，很可能会拖慢那些高度依赖规模和多元专业知识的领域的发展。
哪些因素可能改变发展轨迹
双方的政策选择都会影响结果。对美国而言，有几项举措有助于维持领导地位。持续、可预期地资助基础研究和受应用需求启发的研究至关重要，尤其是在人工智能、量子技术、清洁能源和先进材料等领域。必须关注整个人才培养链条的发展，从社区学院和学徒培训到博士教育都包括在内。欢迎科学家、减少签证障碍的现代化移民政策将重建人才磁力。可以更新经费申请流程，减少不必要的复杂程序，减轻打击合作或申请积极性的顾虑。在保持与真正合作伙伴开放交流的同时加强科研安全，将有助于应对实际风险，而不致让美国流失全球人才。
盟友合作可以弥补单个国家规模不足的问题。共享测试平台、兼容的标准和协调一致的投资，有助于推动量子技术、生物技术和清洁能源领域从实验室成果走向商业系统。建立信任的机制、针对敏感研究的透明防护规则，以及低风险领域互惠的数据获取协议，都有助于保留开放科学的益处。
对中国而言，在高影响力研究领域保持势头，并不等于主导全球市场。商业成功取决于可信的供应链、知识产权保护，以及获取海外客户和投资者的能力。国内的定价和报销政策会影响医疗保健领域可用于高风险创新的资金。在低风险领域支持开放合作，同时为战略领域维持明确规则的决策，将减少阻力，加快中国科研成果在全球的应用。
要点
- 2023年，中国主导了45%的中美合作论文，高于2010年的30%；预计到2027年或2028年，中国将达到与美国相当的水平。
- 这项领导力指标利用机器学习分析贡献声明和作者角色，判断谁主导了研究。
- 模型显示，中美科研脱钩会提高中国在全球项目中的主导份额，因为中国研究人员更常与美国以外的伙伴合作并发挥主导作用。
- 预计到2030年前，在美国国家科学基金会追踪的11个关键技术领域中，中国将在8个领域达到与美国相当的领导力水平。
- 中国在人工智能、半导体研究、量子通信和材料科学领域的产出和影响力持续提升。
- 中国对量子技术的公共投资约为150亿美元，并运行着由量子卫星提供支持、覆盖1.2万公里的量子通信网络。
- 中国的生物技术优势包括合同研究、原料药，以及不断增强的基因组学和细胞疗法能力，但先进成果的商业化仍依赖海外市场。
- 2021年，美国研发支出约为8060亿美元，中国约为6680亿美元；中国的增长速度约为美国的两倍。
- 中国在部分顶尖期刊中的论文贡献领先幅度不断扩大，而美国仍在健康科学领域领先，并保持生物科学领域的优势。
- 2018年后，离开美国的华裔科学家人数增加约75%；许多人表示，他们对合作和经费申请流程感到焦虑。
- 自2012年以来，中国已投入约333亿元人民币培养外国留学生，生源主要来自非洲和南亚，进一步加强了支持中国主导合作的科研网络。
- 美国稳定科研领导地位的举措包括持续提供资金、制定有利于人才的移民政策、简化经费申请规则，以及在保持低风险合作开放的同时加强科研安全。
