2021年全球数字科技发展趋势分析：AI、量子科技、5G/6G、区块链、元宇宙…

原标题：2021年全球数字科技发展趋势分析：AI、量子科技、5G/6G、区块链、元宇宙…

数字科技是基于物理世界和数字世界映射互动的体系提炼的一个新概念，是当今世界创新速度最快、通用性最广、渗透性和引领性最强的领域之一。数字科技创新正在加速推动学科创新、研究新范式、科学新发现、产业新模式等的变革。本报告对2021 年世界科技强国数字科技发展趋势进行分析，并对我国数字科技创新发展战略提出政策建议。

01

国外数字科技发展现状

（一）人工智能

1. 多个国家出台或更新AI战略并持续加大研发投入

• 2021年3月， 美国国家AI安全委员会发布《AI国家安全委员会最终建议报告》 。
• 2021年5月， 俄罗斯政府通过了为AI项目提供补贴等支持AI发展的两份政府决议 ，推动AI与各产业深度融合。2024年前将为AI试点项目投资52.6亿卢布。
• 2021年6月， 澳大利亚政府发布“AI行动计划 ”，旨在使澳大利亚成为开发和采用可信、安全和负责任AI的全球领导者。
• 2021年6月， 日本内阁府提出《AI战略2021》草案 ，针对建设“超智能社会5.0”、应对全球共同问题和日本自身社会经济难题等国家总体科技战略需求，在教育改革、研究开发、社会应用、支持中小企业的数字化转型、数字化政府、伦理道德、数据基础设施等方面提出新的政策措施。
• 2021年12月， 法国政府出台《AI国家战略》新计划 ，未来5年将投入22亿欧元加快AI发展。

2. 全球AI专业研发机构不断涌现

2021年6月， 英国商业、能源与产业战略部、英国研究与创新局与 IBM合作 成立新的AI和量子计算中心，即哈特里国家数字创新中心， 计划5年内共投资2.1亿英镑，在材料、生命科学、环境和制造等领域开展跨学科合作。

2021年7月， 美国国家科学基金会（NSF）在2020年第一轮资助的7个国家AI研究所的基础上， 投入2.2亿美元新建11个国家AI研究所。在人机交互与协作、AI优化、AI和先进网络基础设施、计算机和网络系统AI、动态系统AI、AI 增强学习、AI驱动的农业和食品系统创新等领域开展变革性研究。此外，美国商务部还成立国家AI咨询委员会，白宫科技政策办公室成立国家AI研究资源工作组。

澳大利亚政府将为该计划共投入1.241亿澳元：4年内投入5380万澳元 成立国家AI中心和4个AI与数字能力中心；4年内投入3370万澳元，支持澳大利亚企业与政府合作实施AI试点项目；6年内投入2470万澳元启动“下一代AI毕业生计划”；5年内提供1200万澳元用于“区域AI计划”。

3. AI前沿技术在国防和科学研究领域的应用进一步细化

AI在国防领域的应用

• 2021年8月，美陆军未来司令部AI集成中心概述了未来五年美陆军感兴趣的11个AI研究领域，包括：数据分析、自主系统、安全和决策辅助等。
• 2022年2月，以色列国防部公布新的AI战略，首次发布多军种和多指挥部的AI技术部署计划，促进以色列国防的数字化转型。
• 2021年10月，北约国防部长峰会通过了第一个AI战略，该战略启动“北约创新基金”，投入10亿美元，以促进“跨大西洋防务和安全”。

3.2 AI 在数学、能源等科学研究领域的应用

• AI“进军”数学领域首次帮助人类发现两个新猜想 。 2021年12月，计算机科学家和数学家首次使用AI来帮助证明或提出纽结理论和表示论等复杂数学领域的新定理，帮助数学家发现新的猜想和定理。

• DARPA利用AI加速科学模型的开发。 “自动化科学知识提取和建模”（ASKEM）项目创建知识- 建模- 模拟生态系统，并赋予其必要的AI方法和工具，以敏捷地创建、维持和增强复杂的模型和模拟器，支持专家在不同任务和科学领域的知识和数据知情决策。目标是使专家能够维护、重用和改编大量的异质数据、知识和模型，具有跨知识源、模型假设和模型适应性的可追溯性。

• AI加速新材料开发 。2021年5月，中国、俄罗斯和德国的研究人员采用第一性原理计算和AI设计单原子合金催化剂，提出了一种针对单原子合金催化剂的新搜索算法，该算法找到了200多种新催化剂，提供了寻找适用于各种应用的最佳单原子合金催化剂的方法。

• AI在微电子领域的应用 。2021年4月，美国情报高级研究计划局（IARPA）宣布将开展“支持AI的下一代微电子技术（MicroE4AI）”项目研究，优先资助颠覆传统软硬件集成的研究方案，包括从材料性能到系统架构、再到软件实现等各个环节的突破和革新。

• AI 在核物理研究领域的应用 。2021年12月，美国能源部（DOE）宣布为六个项目提供570万美元，实施AI方法以加速核物理研究中的科学发现。

• AI在天气预测研究中的应用 。2021年11月，劳伦斯伯克利国家实验室、加州理工学院和英伟达公司训练了傅里叶神经操作员深度学习模型-该模型准确有效地学习复杂的物理系统- 以模拟大气动力学并提前整整五天 提供全球高保真极端天气预测 。该模型可提前120小时以高保真度预测大气中多个级别的风速和压力。

4. 欧美主要国家和国际标准化组织重视AI标准研究和制定工作

• 美国不断加强政策对标准的引领。2021年1月，美国国家标准协会发布 《美国标准化战略2020》
• 欧盟通过标准和立法加强监管。2021年2月，发布《欧洲标准化战略2030》。2021年4月，发布 《AI标准化格局——进展情况及与AI监管框架提案的关系》 ，通过制定国际、欧洲标准支撑AI监管。
• 国际标准化组织和国际电工委员会以信息技术为核心，依托AI分技术委员会开展AI标准化工作，重点围绕AI基础共性、关键通用技术、可信任及伦理、AI安全、关键行业应用方面开展标准化工作 。

（二）量子科技

世界主要国家将量子科技视为抢占经济、国防、安全等领域全方位优势的战略制高点，继欧盟2018年发布《量子技术旗舰计划》、美国2019年颁布《国家量子计划法案》、日本2020年出台《量子技术创新战略》后，2021年又有部分国家相继发布量子科技发展战略及路线图，密集布局量子计算、量子通信、量子传感等量子科技。

1. 量子科技发展战略及路线图

• 2021年1月， 法国政府颁布实施为期5年“国家量子战略” ，提出法国将于2023年前后完成世界第一台第一代通用量子计算机完整原型。
• 2021年3月，由慕尼黑大学、马普学会量子光学研究所、TRUMPF公司组成的德国量子系统议程委员会发布了 《量子系统2030议程》 ，确定德国在未来十年量子系统领域的研究重点和挑战，并将于2022年启动“量子系统计划”。
• 2021年5月， 德国联邦经济与能源部以及联邦教研部宣布将投资约20亿欧元支持量子计算技术发展 。德国宇航中心（DLR）获得7.4亿欧元，负责整合德国在量子技术方面的专业知识开展产学研合作，开发本国量子计算机及应用并建立工业基地。
• 2021年7月， 加拿大政府在官网上宣布将制定《国家量子战略》 ，未来7年内将投资3.6亿加元。
• 2021年10月，欧洲核子研究组织公开发布的《量子技术与战略路线图》。
• 2022年2月，隶属于美国白宫科技政策办公室的国家量子协调办公室和NSF联合发布 《国家量子信息科技人才发展战略规划》 。

2. 量子科技专业研究机构

2021年4月，美国国家安全局物理科学实验室成立新的量子比特联合研究中心。2021年5月，德国宇航中心新建量子技术研究所，将重点推进量子技术的研发，同时还将与工业界合作，提升相关技术的成熟度，打通量子技术基础研究与应用之间的桥梁。

3. 量子科技的跨学科研究发展

2021年1月，英国国家研究与创新署宣布，将专门支持多学科和跨学科研究的战略优先基金（SPF）中的3100万英镑支持7个量子项目，利用量子技术进行早期宇宙和黑洞、暗物质等基础物理学研究。

2021年5月，DOE拨款1000万美元用于量子信息科学（QIS）和核物理的跨学科研究，旨在利用核物理界的专门知识和能力，推进量子计算和量子传感器等领域，并利用QIS的进展扩大对核物理的理解。

4. 成立量子联盟构建产业生态

• 美国2018年成立 量子经济发展联盟 。
• 2021年，日本和德国成立了 量子产业联盟 。
• 2021年5月，日本企业成立了“通过量子技术创造新产业委员会”的创始人协会，9月1日，该协会的24家公司在大会上正式成立了产业委员会，命名为 量子战略产业革命联盟（Q-STAR） 。
• 2021年6月，德国十家公司宝马、博世、SAP、西门子和大众等联合成立 量子技术与应用联盟(QUTAC) 。

（三）5G/6G

各国正在加紧布局5G战略。

• 2021年1月，新加坡宣布投入3000万新元推动5G技术的应用及商业化。
• 2021年3月，欧盟委员会发布《2030数字罗盘：欧洲数字十年之路》，该计划中的目标之一是到2030年，欧洲所有家庭应实现千兆网络连接，所有人口密集地区实现5G网络覆盖，并在此基础上发展6G。
• 2021年7月，法国政府启动5G和未来电信网络技术加速战略，以通过5G技术推进法国向数字应用前沿发展。
• 2021年8月，韩国宣布“5G+融合服务扩散战略”。截至2021年12月31日，韩国5G用户已突破2000万人，并完成了5G在其85个城市的覆盖。

6G仍处于标准化和纯实验研究的早期阶段，但多经济体已经开始6G的战略布局。

• 欧盟2021年1月启动Hexa-X项目5，开发6G生态系统。
• 2021年4月，德国启动首个6G技术的研究项目，并随后成立4个6G研究中心6。
• 2021年6月，韩国公布“6G 研发实行计划”研发6G核心技术7。
• 2022年1月4日，我国紫金山实验室发布了面向6G的太赫兹100/200Gbps实时无线通信重大成果，为目前世界上公开报道的太赫兹实时无线通信的最高实时传输纪录。
• 2022年2月，Next G联盟发布了北美第一份《6G发展路线图》，提出北美6G发展的愿景和六大目标。该联盟成立于2020年10月中旬， 由北美主要运营商AT&T、T-Mobile和Verizon，设备供应商爱立信、诺基亚和三星，以及谷歌、Meta和高通等80家成员组成。

（四）高性能计算

1. 各国将高性能计算作为重要战略领域

高性能计算技术作为国家战略需求，正日益受到各国的高度重视。

• 韩国制定了到2030年的高性能计算中长期发展战略—— 《国家超高性能计算创新战略》 ，旨在将韩国打造成为高性能计算强国，实现第四次工业革命时代的量子跳跃。
• 法国国际关系研究所在报告 《战略计算：高性能计算以及量子计算在欧洲寻求技术力量中的作用》 中强调高性能计算与量子计算对未来国家安全的重大影响。
• 欧洲能源研究联盟“能源数字化”计划发布 《能源数字化战略研究与创新议程》 。
• 2021年10月，美国科学技术委员会发布 《国家战略计算储备蓝图》 。

2. 各国持续加强高性能计算项目部署

• 欧盟“欧洲处理器计划”2021年12月宣布已完成为期3年的第一阶段任务，项目第二阶段将于2022年1月启动，开发第二代芯片，助力推出欧盟的第一套E级超算系统，与中国和美国展开竞争。
• 美国国防高级研究计划局DARPA启动“低温逻辑技术”项目，开发极低温的器件技术，以克服高性能计算面临的功率效率限制。美国能源部为“面向能源创新的高性能计算HPC4EI”计划拨款370万美元；投资280万美元用于高性能算法研究。
• 英国原子能管理局与英国科学与技术设施理事会合作，启动聚变研究超大规模计算卓越中心，应用最新的计算系统和超级计算技术，加速英国聚变能项目研究。

（五）区块链

1. 随着全球数字化进程的深入推进，各国不断加大对区块链技术的扶持力度。

欧盟“数字欧洲（Digital Europe）”计划启动“欧洲区块链技能”，以促进区块链技能发展，满足欧洲区块链行业需求。欧盟通信网络、内容和技术总局2021年管理计划中指出要重点开发区块链等技术，在关键技术领域确保欧洲战略自主权。美国议员陆续发起《2021区块链促进法案》、《区块链创新法案》、《2021区块链技术协调法案》等相关法案，建议美国进行区块链技术研究与监管。阿拉伯货币基金组织发布《阿拉伯国家采纳DLT/区块链技术战略》指导框架，旨在推动阿拉伯国家的数字金融转型。

2. 区块链技术不断成熟落地，技术应用渗透各个领域

澳大利亚与新加坡在一项数字经济合作中，通过区块链试验项目研究数字验证系统的互操作性，以提高两国间贸易效率。以色列银行正在筹备数字货币发行计划，实验将“以太坊”区块链技术用于数字货币。美陆军C5ISR中心利用区块链技术实现新的战术级数据管理能力，确保数据可信传输。利用区块链技术支持和保护数字供应链机密信息通信，美空军拟研究区块链联合3D打印技术，在全球前沿作战基地制造、测试、部署武器系统的关键替换部件。

（六）元宇宙

元宇宙是整合多种新技术而产生的新型虚实相融的互联网应用和社会形态，它基于扩展现实技术提供沉浸式体验，基于数字孪生技术生成现实世界的镜像，基于区块链技术搭建经济体系，将虚拟世界与现实世界在经济系统、社交系统、身份系统上密切融合，并且允许每个用户进行内容生产和世界编辑。元宇宙仍是一个不断发展、演变的概念，不同参与者以自己的方式不断丰富着它的含义。

2021年11月，韩国首尔市政府发布《元宇宙首尔五年计划》，宣布从2022年起在经济、文化、旅游、教育、信访等市政府所有业务领域打造元宇宙行政服务生态，以提升城市的竞争力、行动力、吸引力。这是韩国地方政府在虚拟现实服务领域提出的首个工作规划。“元宇宙首尔”计划分为“ 起步（2022年）”“ 扩张（2023年~2024年）”和“完成（2025年~2026年）”三个阶段。2022年将通过第一阶段工作完成平台的搭建，引入经济、教育、观光等7 大领域服务，总投资计划为39亿韩元。

02

我国数字科技发展现状

（一）人工智能

我国通过制定一系列AI政策加强AI顶层设计，推动AI技术、产业和标准相关工作。

• 2017年7月， 国务院印发《新一代AI发展规划》，提出了开展AI标准框架体系研究的重要任务。
• 2017 年12 月，工业和信息化部印发《促进新一代AI产业发展三年行动计划（2018~2020年）》 。
• 2020年7月，国家标准委、发改委、工信部等联合印发《国家新一代AI标准体系建设指南》，形成标准引领AI产业发展的新格局。

截至 2021年12月，全国共有18个人工智能创新发展试验区，依托科教资源和产业基础，加强人工智能技术研发和创新成果应用，加强制度创新，构建有利人工智能健康发展的政策环境，探索新一代人工智能发展的新路径、新机制，形成可复制、可推广的经验。

（二）量子科技

我国拥有全球首颗量子通信卫星和首条量子保密通信干线，在量子通信方面一直处于世界领先地位。

• 2021年初，我国宣布基于“墨子号”量子卫星与量子保密通信“京沪干线”成功构建出天地一体化广域量子通信网络，实现跨越4600公里的星地量子密钥分发，是量子通信“巨大的工程性成就”。
• 6月，中国科学技术大学基于双场量子密钥分发的实现方式，于“济青干线”现场光缆环境中实现了428公里和511公里的远距离传输，刷新现场远距离光纤量子通信的世界纪录。

在量子计算方面， 我国是目前唯一在光量子和超导量子比特体系两条技术路线上达到“量子优越性”里程碑的国家。

• 2021年5月，中国科学技术大学潘建伟团队成功研制出62比特可编程超导量子计算原型机“祖冲之号”，实现可编程的二维量子行走。
• 仅5个月后，“祖冲之二号”问世，操控的超导量子比特达到66比特，能实现“量子随机线路取样”任务的快速求解，求解速度比当时最快的超级计算机快1000万倍，计算复杂度比谷歌公开报道的53比特超导量子计算原型机“悬铃木”提高100万倍30，达到世界领先水平。
• 同时，在光量子计算领域推出“九章二号”光量子计算原型机，刷新国际光量子操纵技术水平。

（三）“5G+ 工业互联网”

制订战略规划指引“5G+工业互联网”发展方向：

• 2021年1月，工信部发布《工业互联网创新发展行动计划（2021~2023年）》提出网络体系强基行动，持续推进“5G+工业互联网”融合应用。
• 2021年7月，工信部、中央网信办、国家发展改革委等十部门印发《5G应用“扬帆”行动计划（2021~2023 年）》到2023年底，形成基础共性和重点行业5G应用标准体系，完成30项以上重点行业关键标准研制。

5G应用场景不断拓展 。截至2021年11月，我国5G应用创新的案例已超过1万个，覆盖22个国民经济重要行业，工业制造、采矿、港口等垂直行业应用场景加速规模落地，已由最初的生产辅助类业务为主向设备控制、质量管控等核心业务拓展，是当前5G应用方案较为成熟的领域。

（四）区块链

1. 我国进一步加强区块链顶层设计和政策引导性

• 区块链作为新兴数字产业被纳入我国“十四五”规划纲要。
• 工信部、中央网信办联合发布国家首个部委级别的区块链专项政策《关于加快推动区块链技术应用和产业发展的指导意见》，指出加快技术应用规模化，建设具有世界先进水平的区块链产业生态体系。
• 国家重点研发计划“区块链”重点专项2021年度拟立项项目中，涵盖区块链架构设计、区块链安全、区块链存储等重点领域。
• 此外，各地政府在十四五规划中提及要大力发展区块链技术，因地制宜地制定了区块链专项政策。

2. 我国区块链技术创新持续活跃，技术应用与产业生态加速演进。

• 整体技术稳中有进：2021年全球区块链行业专利申请数量为18931项，我国区块链申请量达15985项，占全球申请总量的84%，位居第一。
• 核心技术呈点状突破态势：中科院软件所张振峰团队与美国新泽西理工学院共同提出国际首个完全实用的异步共识算法小飞象拜占庭容错算法；国内首个自主可控区块链软硬件技术体系长安链发布，陆续推出全球首款96核区块链专用加速芯片、自研P2P网络Liquid等重大成果。
• 技术应用与实体经济加速融合：根据公开数据统计，截止2021年10月底，我国2021年总共落地区块链项目数151个，全国近31个省市实现了区块链应用落地。

（五）高性能计算

我国高性能计算机研制和应用水平、生产制造力、实际部署数量均已进入世界前列。

• 由国防科技大学研制，部署在国家超级计算天津中心的“天河”E级计算机关键技术验证系统，在2021年7月发布的国际Graph 500排名中，获得SSSP Graph500（单源最短路径）榜单世界第一、BIG Data Green Graph500（ 大数据图计算能效）榜单世界第一的成绩。

• 在2021年11月公布的全球超级计算机TOP 500榜单中40，我国超算“神威・太湖之光”和“天河二号”分别排名第四和第七。排名前三的分别是日本超算Fugaku、美国超算Summit和Sierra。在总量方面，中国共有173台超算上榜，上榜数量连续第9次位居第一，美国以150台位列第二。

• 此外，中国超算应用团队基于新一代神威超级计算机研发了神威量子计算模拟器，凭借“超大规模量子随机电路实时模拟”成果获得2021年度超级计算应用领域国际最高奖项“戈登・贝尔”奖。

（六）网络基础设施

• 2021年，我国网络安全法规条例密集施行。
• 2021年8月17日，《关键信息基础设施安全保护条例》正式公布，自2021年9月1日起施行。同时实施的有 我国数据安全的首部律法——《中华人民共和国数据安全法》以及《网络产品安全漏洞管理规定》。
• 《中华人民共和国个人信息保护法》于2021年11月1日开始施行，与《中华人民共和国网络安全法》一起，形成了围绕《中华人民共和国国家安全法》的较为完善的法律体系和顶层设计，全面维护国家安全、网络安全、数据安全和个人信息权益。

作为物联网的关键技术指标，我国超额完成IPv6主要指标。截至2021年12月底，我国IPv6活跃用户数达6.08亿， 占网民总数的60.11%。主要商业网站及移动互联网应用IPv6 支持率达80.7%。

03

启示与建议

（一）持续发挥数字科技的赋能作用

2022年1月，国务院印发《“十四五”数字经济发展规划》（以下简称《规划》），明确了“十四五”时期推动数字经济健康发展的指导思想、基本原则、发展目标、重点任务和保障措施。发挥数字科技赋能的巨大威力，提高实体经济的全要素生产力，是贯彻落实《规划》关于推动数字技术与实体经济深度融合要求的重要保障。

（二）全力打造数字科技产业生态

我国在消费级数字应用领域领先，但在企业级、科学研究等领域的数字应用还存在明显差距。数字科技只有应用于现实的产业场景才能实现真正的价值，产业生态的发展将从需求端拉动数字科技供给能力的提升，进而推动数字科技不断前进，形成螺旋式上升趋势。以高性能计算为例，发展目标不应仅仅是建造运算速度快、性能强大的计算机，而是建立一个基础深厚的技术生态系统。

（三）加强数字科技创新体系建设

加强数字科技基础研究，推动研究型高校和科研院所在数字科技领域研究，打造面向数字科技的学科体系。布局一批产学研新型研发机构，面向数字科技前沿，如人工智能、量子科技、区块链、物联网等重点技术和工程领域部署建设一批国家（省）级重点实验室、工程研究中心、工程技术研究中心。支持数字科技龙头企业、大中型数字科技领军企业与中小微企业组成联合体搭建共性技术平台，共同参与数字共性技术研发。

–THE END–

来源：高科技与产业化

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