史丹佛大學《2025年新興技術評論：十項關鍵技術及其政策影響報告》

2025/02/27

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在當今時代，新興技術以前所未有的速度蓬勃發展，深刻地改變著我們的生活、社會和全球格局。從人工智慧的飛速崛起，到生物技術的重大突破，再到太空探索的不斷推進，這些技術不僅為我們帶來了無限的機遇，也帶來了諸多挑戰。史丹佛大學最新發佈的這部191頁《2025 年新興技術評論：十項關鍵技術及其政策影響報告》，對人工智慧、生物技術與合成生物學、密碼學、雷射、材料科學、神經科學、機器人學、半導體、太空、可持續能源技術這十大領域進行了深入剖析，探討了它們的現狀、發展趨勢以及對政策制定的影響。瞭解這些新興技術，對於我們把握時代脈搏、適應未來發展至關重要。接下來，讓我們一同走進這些技術的奇妙世界，探索它們的奧秘與潛力。

報告前言

在每個時代，技術發現都既帶來希望，也帶來風險。然而，世界很少經歷像如今這般快速且大規模的技術變革。從比人類頭髮絲細五萬倍的納米材料，到部署在太空中的商業衛星和其他私營部門技術，各項突破正在迅速重塑市場、社會和地緣政治格局。此外，美國的技術政策已不再像過去那樣完全由政府主導。

如今，發明家與投資者做出的決策往往會產生重大的政策影響，即便他們可能並未充分意識到這一點。人工智慧（AI）演算法中融入了關於期望和非期望結果的政策選擇；幾乎每一項新技術，從生物工程新藥的研發到水下研究無人機的建造，都同時具有商業和軍事應用價值。私營部門的投資在通過開發新能力、供應鏈和新需求，以及追求可能不符合國家長期利益的商業機會的過程中，既帶來了國家優勢，也帶來了脆弱性。

工程師和企業高管需要更好地理解政策領域，而政府領導人也需要更深入地瞭解工程和商業領域。否則，旨在防範社會危害的公共政策可能最終會加速危害的發生，而使創新與國家利益保持一致的努力，可能會因削弱美國的創新領導力以及隨之而來的地緣政治優勢，最終損害國家利益。

在這個複雜的時代，唯一可以確定的是，不確定性無處不在，而且風險極高：如今在董事會會議室、實驗室和政府辦公室做出的決策，很可能會為美國乃至全世界在未來數年設定發展軌跡。

如今，理解發現的格局，以及如何利用技術塑造更美好的未來，比以往任何時候都更需要跨部門、跨領域和跨代際的合作。像史丹佛大學這樣的高校，在這一努力中扮演著至關重要的角色。2023 年，我們推出了《史丹佛新興技術評論》（SETR），這是史丹佛大學工程學院和胡佛研究所首次合作的成果。我們的目標十分宏偉：為公共和私營部門的決策者變革技術教育模式，以便美國能夠抓住機遇、降低風險，並確保美國的創新生態系統持續蓬勃發展。

這是我們最新的一份報告，審視了十項關鍵新興技術的現狀及其影響。它利用了科學、工程、經濟、國際關係和歷史等領域頂尖教師的專業知識，以確定關鍵的技術發展，評估潛在影響，並突出政策制定者應該瞭解的內容。

十項前沿技術與要點速覽

人工智慧

人工智慧（AI）指電腦具備執行某些與人類大腦相關功能的能力，這些功能包括感知、推理、學習、互動、解決問題，甚至發揮創造力。在過去一年，與人工智慧相關的主要新聞熱點，一是像 GPT - 4 這樣的大型語言模型（LLM）的崛起，聊天機器人 ChatGPT 的某些版本便是基於此類模型；二是人工智慧的重要性得到認可，兩項諾貝爾物理學獎和化學獎授予了與人工智慧相關的研究工作。

章節核心要點

人工智慧是一項基礎性技術，正推動其他科學領域加速發展，如同電力和網際網路一樣，有潛力改變全球的社會、經濟和政治格局。
儘管在過去幾年取得了快速進展，但即使是最先進的人工智慧，仍存在許多不可預測、未被充分認識、難以修復、無法解釋的故障模式，並且可能導致意想不到的後果。
針對人工智慧的強制性監管機制，即便只是為了避免災難性風險，也會面臨人工智慧研究人員和企業的強烈反對，而倡導自我監管的自願性機制更有可能獲得支援。

生物技術與合成生物學

生物技術是利用細胞和生物分子過程來開發產品或服務。合成生物學是生物技術的一個分支，涉及使用工程工具來修改或創造生物功能，比如創造一種在爆炸物存在時能發光的細菌。合成生物學在創紀錄的時間內研製出了新冠 mRNA 疫苗，儘管這依賴於此前數十年的研究。就像火箭使人類能夠克服重力限制探索宇宙一樣，合成生物學使人類能夠克服物種遺傳限制，開發新的生物體。

章節核心要點

生物技術有望成為一種通用技術，借助它，生物工程師在 DNA 中編碼的任何東西，都能在需要的時間和地點培育出來，本質上這使得通過生物過程在多個領域生產廣泛的產品成為可能。
美國政府仍在努力把握這一生物機遇的規模，並且過度依賴私營部門投資來支援開啟和維持進展所需的基礎技術創新。
生物技術是中美之間最重要的技術競爭領域之一，中國在這方面投入了更多資源。由於美國國內缺乏同等力度的投入，在生物技術領域面臨類似 “斯普特尼克時刻” 的戰略意外風險。

密碼學

“密碼學” 一詞源於希臘語，意為 “秘密書寫”。在古代，密碼學涉及使用密碼和密文。如今，它依靠複雜的數學模型來保護資料，防止資料被不當更改或訪問。密碼學通常是無形的，但它對大多數網際網路活動至關重要，如消息傳遞、電子商務和銀行業務。近年來，一種名為區塊鏈的密碼技術被用於多種應用場景，它將交易記錄在計算雲的分佈式帳本中，若對記錄進行追溯性更改就會被察覺，該技術可用於時間戳記、確保資訊來源、身份管理、供應鏈管理以及加密貨幣等方面。

章節核心要點

密碼學對於保護資訊至關重要，但僅靠它無法確保網路空間抵禦所有威脅。
密碼學是區塊鏈的支撐技術，而區塊鏈是加密貨幣的支撐技術。
央行數字貨幣（CBDC）是一種由國家支援的、基於密碼學的特定數字貨幣，它有助於提高金融包容性。儘管美國在央行數字貨幣的試驗方面落後於一些國家，但通過謹慎、適時地借鑑其他國家的經驗，美國或許能從中受益。

雷射技術

自 1960 年發明以來，雷射技術的不斷改進使光能夠以以前難以想像的方式被操控和利用。如今，雷射技術應用廣泛，可以被視為一種使能技術，即其存在和特性讓其他原本不可行和 / 或成本過高的應用成為可能。研究人員和企業正在開發涵蓋更廣泛光波波長的新型雷射器，這將使這些裝置更加實用。

章節核心要點

雷射技術對於通訊、高端晶片製造、國防、製造業和醫學等廣泛領域已不可或缺。
由於雷射技術的進步往往在特定應用場景中發生，因此雷射技術的研發廣泛分佈於不同類型的實驗室和設施中。
對下一代雷射器的廣泛投資，有望推動核聚變能源技術、武器研發和量子通訊等領域取得進展。

材料科學

材料科學研究材料的結構和性能，從肉眼可見的特徵到微觀特性，以及如何通過工程手段改變其性能。該領域的研究成果催生了性能更好的半導體、整合感測器和模擬器以加速癒合的 “智能繃帶”、更易回收的塑料以及更節能的太陽能電池。材料科學也是增材製造（通常稱為 3D 列印）發展的關鍵。

章節核心要點

材料科學是一項基礎性技術，是機器人、太空、能源和合成生物學等許多其他領域進步的基礎。
材料科學將利用人工智慧這一有前景的工具，預測具有新特性的新材料，並為已知材料找到新用途。
材料科學未來的發展需要新的資金機制，以便更有效地從創新過渡到實際應用，同時還需要更多的計算能力。

神經科學

神經科學研究人類大腦和神經系統，包括其結構、功能、健康與患病狀態，以及從胚胎發育到晚年退化的生命周期。大腦或許是人體中最不被瞭解卻又最為重要的器官。神經科學的三個主要研究子領域是神經工程（如腦機介面）、神經健康（如大腦退化與衰老）和神經發現（如成癮科學）。

章節核心要點

公眾對神經科學的興趣遠遠超過目前科學對大腦的實際認知，這導致在公共領域出現了許多言過其實的說法，宣稱革命性的進展近在咫尺。
人類遺傳學和實驗神經科學的進步，以及計算技術和神經科學理論的發展，在多個領域取得了一些進展，包括對成癮和神經退行性疾病的理解與治療，以及設計用於恢復視力的腦機介面。
美國的領導地位對於確立和維護神經科學領域關於倫理和人體實驗的全球規範至關重要，但隨著戰略規劃的減少和該領域外國投資的增加，美國的這一領導地位正在削弱。

機器人技術

機器人技術是一個綜合性領域，它依託多項技術的進步，而非單一學科。“什麼是機器人？” 這個問題比看上去更難回答。研究人員目前初步達成的共識是，機器人是一種實體，它具備感知自身及周圍世界的方式，並且能夠對周圍世界產生實際影響。機器人已在眾多領域以各種方式得到應用，包括流水線製造、太空探索、自動駕駛車輛、遠端手術、軍事偵察和災難救援等。

章節核心要點

未來，機器人可能有助於改善美國的製造業基礎、降低供應鏈脆弱性、提供老年護理服務、促進食品生產、緩解住房短缺問題、提高能源可持續性，以及執行幾乎任何需要實體存在的任務。
人工智慧的進步有極大潛力推動機器人技術顯著發展，但同時也引發了必須解決的倫理問題，包括用於訓練機器人的資料隱私問題、可能導致機器人造成人身傷害的資料偏差，以及其他安全問題。
要充分發揮機器人的潛力，需要聯邦政府和私營部門大力推動，以在全國範圍內促進機器人的應用和研究。

半導體

半導體，即晶片，是至關重要且無處不在的元件，從冰箱、玩具到智慧型手機、汽車、電腦和戰鬥機等一切產品都要用到它。晶片生產包括兩個截然不同的步驟：（1）設計，這需要有才華的工程師設計包含數百萬個元件的複雜積體電路；（2）製造，即在被稱為 “晶圓廠” 的大型特製工廠中生產晶片。由於晶圓廠需要高度專業化的裝置和設施，其建設成本可能高達數十億美元。美國公司在半導體設計方面仍佔據主導地位，但美國的半導體製造能力已大幅下降，致使該國嚴重依賴外國晶片，尤其是來自台灣地區的晶片。2022 年的《晶片與科學法案》（Creating Helpful Incentives to Produce Semiconductors，CHIPS）旨在幫助美國半導體產業在製造領域重新站穩腳跟，但即便順利，取得成效也需要數年甚至數十年時間。

章節核心要點

對人工智慧和機器學習日益增長的需求，正推動晶片製造領域的創新，這對於提升計算能力和實現能源高效管理至關重要。
記憶體技術和高頻寬互連（包括光子鏈路）的進步，對於滿足現代應用不斷增長的資料需求至關重要。
即便量子計算取得進展，美國仍需在整個技術體系中進行全面創新，以持續提升資訊技術的能力。

太空技術

太空技術涵蓋為在距地球大氣層約 60 英里及更遠的地方開展或支援相關活動而研發的任何技術。單次太空任務是一個 “系統之系統”，包括從航天器本身到推進系統、資料儲存與處理、電力生成與分配、確保元件處於運行和生存極限範圍內的熱控系統，以及地面站等所有方面。過去，太空領域主要是政府間諜衛星和探索任務的專屬領域，但近年來，商業衛星的數量和性能都有了顯著提升。如今，約有一萬顆正在運行的衛星環繞地球，其中許多衛星體積不超過一條面包大小。有些衛星以星座形式運行，一天內可多次重訪同一地點，提供的圖像解析度極高，甚至能識別道路上行駛的不同車型。

章節核心要點

由私人創新和投資驅動的新興 “新太空” 經濟，正在改變太空發射、航天器、通訊以及太空領域的主要參與者格局，此前該領域一直由超級大國政府主導。
太空是一種有限的全球性資源。由於衛星數量、太空碎片急劇增加以及地緣政治太空競爭加劇，需要新技術和新的國際政策框架來預防和管控太空國際衝突，並確保對這一全球公共資源進行負責任的管理。
一場在月球建立人類永久存在的競賽正在進行，人們嚴重擔憂，儘管《外層空間條約》禁止此類行為，但率先登上月球的國家可能佔據優勢地位，阻止其他國家在月球建立自己的基地。

可持續能源技術

這是各國至關重要的戰略資源，通常涉及能源的生產、傳輸和儲存。近年來，它還包括碳捕獲和從大氣中去除碳。能源結構和創新是應對氣候變化努力的關鍵。成功還將取決於應對諸如電網去中心化和現代化等挑戰，以及就能源目標在國內達成更廣泛的共識，以推動戰略性和有效的研發計畫及資金投入。

章節核心要點

儘管如今許多清潔能源技術已問世，且成本越來越低，但要將其規模擴大到有意義的程度，並建設部署所需的龐大基礎設施，仍需數十年時間。
在中短期內，對減少排放影響最大的將是建設零排放或極低排放的電網、實現乘用車和小型商用車的電動化，以及實現住宅和商業供暖及工業能源的轉型。
從長遠來看，公車和長途卡車脫碳技術、碳密集型產業脫碳技術，以及減少製冷劑和農業產生的溫室氣體排放的技術，將在淨零排放、無排放的能源基礎設施中發揮關鍵作用。

本報告重要的共通主題

第 11 章探討了貫穿各技術領域的 14 個主題。我們將這些主題分為兩類。

第一類：關於技術如何隨時間演變的關鍵觀察

“金發姑娘難題”：發展過快或過慢。創新出現得過於迅速，可能會破壞圍繞眾多國家、組織和個人利益形成的現狀。同時，這種過快的創新更有可能導致意想不到的後果，且對安全、安保、倫理和地緣政治等問題考慮不足。而創新發展過慢，則會增加一個國家失去技術、經濟和國家安全優勢的可能性，這些優勢往往屬於某個領域的先行者。
全球獲取新技術的趨勢不斷增強。即使是源自美國的創新，也不太可能長期完全由美國相關方掌控。
不同技術之間的協同效應顯著且日益增強。一個技術領域的進步常常會推動其他技術領域的發展。
從研究到應用的路徑往往並非線性。許多人認為，技術突破源於一步一步的線性推進，即基礎研究催生應用研究，進而發展到開發與原型製作階段，最終形成可推向市場的產品。然而，創新往往並非如此簡單。許多科學進展雖增進了認知，但從未進入市場。許多可市場化的產品是以非線性方式出現的，各階段之間經過了多輪反饋。還有些產品只有在幾種不同技術達到一定成熟度時才會問世。
即使是頂尖研究人員，也難以預測變化的速度。技術發展往往是時斷時續的，長期處於漸進式成果積累階段，隨後突然出現突破。
非技術因素常常決定新技術的成敗。新技術的採用不僅取決於科學概念驗證和工程可行性，還取決於經濟可行性和社會可接受性。
美國政府不再是技術創新的主要推動者或研發資金的主要提供者。從歷史上看，技術進步（包括半導體、網際網路和噴氣發動機等領域）由美國政府資助並積極推動。如今，私營部門的研發投資發揮著更大作用，這引發了一些重要問題，即如何確保美國國家利益得到妥善考量，以及作為未來創新重要基礎的基礎科學能夠保持強勁發展。
技術創新在民主國家和專制國家都會發生，但不同政權類型各有優勢與挑戰。民主國家為探索提供了更大的自由，而專制政權則能夠將持續的資金投入並聚焦於他們認為最重要的技術領域。

第二類：常見的創新促進因素與阻礙因素

創意和人才在科學發現中起著核心作用，且無法隨意創造。它們要麼需要在國內培養，要麼從國外引進。如今，這兩種產生創意和人才的途徑都面臨著嚴峻且不斷加劇的挑戰。
政策對知識前沿的科學或技術存在偏向，這種偏嚮往往高估了此類進步帶來的益處，至少在短期內如此。許多具有變革潛力的技術未必處於技術前沿，而對前沿技術的偏向存在忽視舊技術的風險，實際上這些舊技術可以以新穎且有影響力的方式得到應用。
良好的公共政策會預見到對任何給定技術的觀點存在廣泛差異。當決策組織中的每個人對技術都持有相似觀點時，就會產生分析盲點，可能導致群體思維，或在信念上出現不合理的趨同，從而低估與創新相關的風險。
美國大學在創新生態系統中發揮著關鍵作用，但這一作用正面臨越來越大的風險。儘管美國政府經常提及新興技術領域公私合作的重要性，但大學也發揮著關鍵且常被低估的作用。大學是唯一以從事高風險研究為使命的機構，這類研究可能在很長時間內（甚至永遠）都不會產生商業回報。然而，這種對高風險研究的專注已在廣泛領域產生了高收益回報。
維持美國的創新需要政府長期的研發投入。制定明確戰略並保持持續優先投入的投資至關重要，而不是像近年來常見的那樣，研發資金每年大幅波動。
網路安全是新興技術研究各個方面持續關注的問題。國家和非國家行為體將繼續威脅對新興技術研發至關重要的資訊的保密性、完整性和可用性。

最後，本報告涵蓋的十個技術領域均與政策制定者關注的五個政策領域相關：經濟增長、國家安全、環境與能源可持續性、健康與醫學以及公民社會。第 12 章明確了各項技術的應用及影響。 (歐米伽未來研究所2025)