【导读】近年来，在中美科技竞争大背景下，美国各界智囊广泛呼吁，美国应当进一步加大对前沿技术创新的采购，促进学校、企业合作，以加强创新能力，确保美国在技术能力方面的优势。同时，也要通过一系列与盟友协同的限制手段，阻止中国继续从美国及其盟友那里获得先进技术。在这些声音中，本文犀利指出：知识是最便携的实力武器，如今全球已经进入知识实力时代，限制对手并不能促进自身知识的增长，而知识产生的基础却未受到应有的重视。
本文指出，美国的K-12基础教育和基础科学研究在过去几十年里每况愈下。基础研究看似投入高、周期长，却是许多能够带来商业收益的创新的基础。然而，在过去的半个世纪，美国的基础研究投入占GDP比重不断下降，中学生数学和科学能力逐渐落后于其他国家。即便高校培养了大量留学生，却没有相应的移民政策让高端人才留在美国，而是要求他们带着学到的知识回到了自己国家。美国科技人才培养的不足又导致了，一旦留学生不再选择美国，许多实验室的运行都将停摆。
人工智能时代到来后，算力成为最重要的科技基础设施。而美国最主要的算力掌握在私营部门手中，他们对技术的投入更重视短期回报，在长期基础科研方面投入不足。与此同时，优秀人才从高校转移到了企业，高校的科学交流、科研人才的代际培养等进一步受到影响。
综合总体情况，作者呼吁：美国应当加大对基础科研的投入，建立科学领域的情报网络，及时了解和支持对美国建设知识实力最重要的研究。同时，应当改革K-12教育体系，强化美国学生的数学和科学能力，为储备下一代人才打好基础。美国的案例说明，教育水平和技术能力并不会自然提升，甚至可能因为投入不足而降低。科技人才梯队的建设和维护、基础科研能力的涵养对一国科技发展至关重要。坚持投入，对于每个国家而言，几乎都是唯一的选择。
美国实力摇摇欲坠的基础
知识就是力量，而美国正在失去它
几个世纪以来，一个国家的力量源于其政府可以发现、衡量和大体控制的有形资源，例如可征召的人口、可征服的领土、可部署的海军以及可释放或限制的货物（如石油）。16世纪的西班牙拥有军队、殖民地和贵金属。19世纪的英国拥有世界上最强大的海军和工业革命带来的经济利益。20世纪的美国和苏联拥有庞大的核武器库。
如今，经济增长、科学发现和军事能力越来越依赖无形资源，最主要是知识和技术（如AI）。这些资产一旦“逸散”（in the wild），政府就很难控制，因为其无形的性质，也因为它们极易传播。美国官员不能坚持要求对手将算法归还给美国，也不能要求中国工程师把从在美进行博士后研究中获得的知识归还。知识是终极便携的武器。
由于这些无形资产通常来自私营部门和学术界，政府的工作就更多了一重挑战性。外交政策从来都是双重博弈；美国官员必须与国内主体和外国对手同时辩论。私营公司决策对地缘政治的影响越来越大，而美国私营部门的利益并不总是与国家目标保持一致。Facebook、Instagram和WhatsApp的母公司Meta为全球30亿用户定义真相，而在过去一年里，扎克伯格与中国高层会面的次数与见国务卿安东尼·布林肯的次数一样多。在俄乌战场上，亿万富翁埃隆·马斯克一手决定了乌克兰军队是否可以、以及在何地何时可以使用他公司的Starlink卫星网络通信。
与此同时，美国政府的许多能力正在衰弱。传统外交政策工具已显露疲态。总统任命难以确认，近三任美国总统的第一个任期中，至少有四分之一的关键外交政策职位空缺。联邦债务螺旋式上升，今年美国的利息支出将有史以来第一次超过国防支出。由于国会经常无法通过年度预算，五角大楼频繁采取权宜之计，只为现有项目提供资金，阻碍了新的研发和武器计划。这个破碎的系统对新的、小型的、创新的公司极端不友好。其结果就是，大型、昂贵的武器系统持续存在，而新的、廉价的替代方案却在枯萎。与此同时，至关重要的是，K-12教育和研究型大学的健康运行每况愈下，而这个教育体系正是美国长期创新潜力的来源。
在知识和技术驱动的世界中，美国政策制定者需要以新的方式思考美国力量的构成、发展和部署。未来的繁荣和安全应当主要建立在加强国家的教育和研究能力并动员新兴技术为国家利益服务之上，而非阻止对手获得美国的技术。
▍创新和预测
几十年来，美国政策制定者一直在使用硬实力和软实力工具来影响盟友和对手。利用硬实力，美国建立了强大的军事力量，并利用它来保护朋友，威胁、击败敌人。借助软实力，美国分享自己的价值观，并吸引他国加入自己的事业。硬实力和软实力仍然很重要，但它们不能再像以前那样决定一个国家的成功与否了。因此，美国必须努力扩大知识实力——通过提高国家产生变革性技术的能力来促进国家利益。
知识力量有两个基本要素：创新能力和预测能力。前者指一个国家生产和利用技术突破的能力。后者与智力相关。这项工作的一部分与美国间谍机构的传统使命一致，其任务是发现外国对手威胁美国利益的意图和能力。然而，随着国内工业和外交政策之间的界限变得模糊，情报机构也需要帮助政府了解国内新技术的影响。
创新和预测不仅仅是加强美国军事力量及其吸引力的要素。知识实力或许有助于提升这两项力量，但其主要影响力在国内。传统的外交政策工具向外瞄准——利用威胁、武力和价值观来影响外国主体的行为——建立和利用知识实力则需要华盛顿向内看。它需要汇集思想、人才和技术，以帮助美国及其伙伴蓬勃发展，无论中国或其他对手做什么。
知识实力的构成或许很难定义和量化。但关注国家一般教育水平是一个好的开始。大量证据表明，受过良好教育的劳动力可以促进长期经济增长。1960年，东亚几乎与撒哈拉以南非洲并列为世界上人均GDP最低的国家。然而在接下来的30年里，因受到教育进步的刺激，东亚一跃而起。
技术人才的地理集中度是衡量知识实力的另一个有用指标，它能表明哪些国家有准备在关键领域取得飞跃。领先的科学家和工程师会汇聚在实验室，并招募超级明星团队，而不是将自己隔离在办公室里，独自设计实验，在线阅读研究论文，这是有原因的。物理距离很重要，世界顶尖人才密切合作是技术突破的秘诀。
衡量一个国家的长期实力前景还需要衡量其研究型大学的健康状况。公司在技术创新中发挥着至关重要的作用，但创新链条真正的起点是校园实验室和教室。公司必须将资源集中在开发具有近期商业前景的技术上，而研究型大学则不受相应的财务、时间束缚。基础研究是大学的命脉，它研究的知识前沿问题可能需要几代人才能回答，而且可能永远不会有任何商业应用。但如果没有它们，许多商业突破就不可能实现。雷达、GPS 和互联网都是这种基础研究的成果。
新冠疫情期间，mRNA疫苗看似一夜成名，但其背后实际上是大学50多年的基础研究成果。在制药公司推进疫苗开发前，学术界已经发现mRNA可以激活和阻断蛋白质细胞，也已经弄清楚了如何将其递送到人类细胞以激发免疫反应。同样，今天保护网络数据的加密算法源于数十年的纯数学学术研究。从Chat-GPT到图像识别，AI的许多新进展都建立在多伦多大学、蒙特利尔大学、斯坦福大学等高校的开创性工作之上。
▍人才外流
从教育和创新作为美国投射实力关键的视角看，美国前景非常不明朗。K-12教育正处于危机之中，今天的学生在能力测试中的分数是几十年来最低，落后于国外同龄人。美国大学也在苦苦挣扎，它们面临着更激烈的全球人才竞争，还有政府对基础研究的长期投资不足的问题。
根据国家教育进步评估机构调查，2023年，美国13岁儿童的数学和阅读成绩为几十年来最低。一半的美国学生无法达到“熟练”程度。同时，大学入学考试的分数连续第六年下降，70%的高中生在数学上没有达到大学入学基础水平，43%的学生在任何方面都没有达到大学入学基础。这些趋势在新冠疫情之前就已经开始。
美国的学生在落后，其他国家的学生水平却在飙升。根据国际学生评估计划，2022年美国15岁学生的平均数学熟练度排名第34位，落后于斯洛文尼亚和越南。阅读和科学排名略高，分别勉强进入前10名和前20名。超过三分之一的美国学生分数低于基础数学熟练水平，这意味着他们无法比较两条路线之间的长短，做不到商品价格的货币间互换。高水平层次上，只有7%的美国青少年达到数学熟练水准，而加拿大和韩国的数据分别为12%和23%。拿美国教育最好的州数据来做比较，其国际表现也不好。马萨诸塞州是2022年美国数学得分最高的州，但放入世界排名也仅在第16位。美国大多数州的排名接近全球中位数，得分最低新墨西哥州与哈萨克斯坦持平。
故事的另一部分是其他区域的崛起。过去几十年里，全球人口受教育程度大大提高，重新绘制了全球知识实力地图。自1950年以来，平均受教育年限急速增加，全球大学毕业生人数上涨30倍。随着教育竞争环境不断变化，美国的大学和公司越来越依赖外国人才来保持水准。1980年，美国大学授予的计算机科学和电气工程博士学位中有78%给了美国公民和永久居民。2022年，这一比例为32%。现在每年有约100万国际学生在美国学习，其中最主要的群体来自中国，占全部留学生的27%。
美国吸引世界各地人才的能力是一项巨大资产。2020年，包括Alphabet、SpaceX和芯片巨头NVIDIA在内，所有财富500强公司中近45%是第一代或第二代移民创立的。自2000年以来，科学领域获诺贝尔奖的美国人中，有约40%在外国出生。这一事实也一定程度破坏了美国的短期优势，带来了长期影响。过时的移民政策造就了一个自我破坏的人才系统，它培养优秀的外国学生，然后要求他们中的许多人离开美国，带走他们学到的一切。
更重要的是，只有外国学生想在美国学习并且他们的政府允许，这个人才供应链才能持续发挥作用。然而近年来，外国大学取得了长足的进步，为最优秀和最聪明的人才提供了更多选择。调查显示，选择在亚洲或欧洲学习的中国学生比例正在上升。如果中国政府真的限制优秀学生流向美国，许多大学实验室和公司将陷入严重困境。
美国大学相对于外国大学的创新优势也在衰弱。十年前，美国发表的科学论文是全球引用次数最多。今天，这个主体变成了中国。2022年，中国在自然指数（Nature Index）中的贡献首次超过美国（该指数跟踪了82种主要科学期刊）。
融资趋势也在朝着错误的方向发展。只有美国政府才可能对大学的必要基础研究进行大规模、长期、高风险投资。然而，联邦研究经费占GDP的比重自1964达到峰值以来一直在下降，从1.9%跌至2020年的仅0.7%（相对的，2017年中国研究支出占GDP的1.3%）。2022 年《芯片和科学法案》本应通过投资数十亿美元用于科学和工程研究来扭转这种下滑趋势，但这些条款后来在预算谈判中被废除。
基础研究受到的打击尤其严重。2014年以前，美国国立卫生研究院（National Institutes of Health）将其大部分预算分配给了大学关于疾病和人类健康的基础研究。现在，它在临床试验和其他应用性研究上支出更多。《芯片与科学法案》本应将美国国家科学基金会（National Science Foundation）的预算增加一倍，以促进该基金会在非医学科学、技术、工程和数学基础研究继续为政府提供智力支持。相反，该机构的预算被削减了8%。与十年前相比，NSF 提供的资助规模更小、周期更短，迫使科学家和工程师门将更多时间花在筹集资金，而非研究工作上。“很快，NSF的拨款就要无法满足最基本的研究需求了。”某研究型大学的高级管理人员说，“对我们的一些教师而言，申请反而空耗时间精力。”尽管美国对基础研究的资助仍比中国多，但中国的研究投资在2012年至2021年期间增长了超过200%，而美国投资仅增长35%。如果目前的趋势继续，中国的基础研究支出将在十年内超过美国。
私营部门的引力促进了短期创新和经济利益，但也在消耗未来创新的源泉。例如在AI领域，人才从学术界向工业界的外流正在推动非凡的商业进步，也将人才和注意力从未来创新所依赖的基础研究中转移开来，同时耗尽了培养下一代的教师队伍。尖端领域，问题尤其严重。在美国排名靠前的计算机科学学院里，十年前的高级AI教授中近三分之一已经离开了学术界。一位前沿人工智能学者估计，自己所在的学院里，一半左右的AI教授在兼职。某一流大学AI实验室的博士生和教职员工，许多在OpenAI工作并签署了保密协议，因此无法自由讨论他们的研究，更不可能形成合作。去年，美国新培养的AI博士中有70%以上直接进入了工业界，其中包括大量顶尖学生。正如美国政府AI委员会说的不错，“人才追随人才”。
▍新的动力基础
美国政策制定者需要一本全新的手册，用以评估、增强和利用知识实力。第一步是要发展情报能力，以衡量美国在新兴技术方面的领先项目和落后之处，并确定哪些差距重要，哪些无关紧要。五角大楼有大批分析专家关注美国和外国军事能力，但美国政府没有一个办公室对新兴技术做同样的观察。国家情报总监办公室（Office of the Director of National Intelligence）已经开始与公司和大学建立更牢固的关系，以深入了解美国的技术发展，但这些努力应当制度化，提供更快速、更高频次地分享专业知识的渠道。国会应该与情报官员，学术界和行业领袖举行年度技术评估听证会。大学必须积极分享其实验室最新发现的细节和影响。例如《斯坦福新兴技术评论》（Stanford Emerging Technology Review）这项计划，旨在为政策制定者提供更便捷得定期信息，每年介绍来自人工智能、生物工程、空间技术、材料科学和能源领域的十项关键新兴技术。现在，必须扩大和深化这些努力，建立值得信赖的专家网络，并加强大学与美国政府、州和地方官员以及国际合作伙伴之间的信息共享。
华盛顿还需要投资技术创新所需的国家基础设施。20世纪50年代，艾森豪威尔总统建设了州际公路系统，以促进美国经济增长，便利紧急状态下疏散平民和调动部队。1973年石油危机后，福特总统建立了战略石油储备，这是世界上最大的紧急原油储备，保证了外国石油禁运或其他中断不会再次影响美国经济。今天需要的国家安全基础设施是计算能力。几乎每个领域的进步都依赖人工智能，而人工智能又需要消耗大量算力。例如，训练ChatGPT-3所需的算力如果放在一台笔记本电脑上完成，需要9000年。今天，只有Amazon、Google、Meta和Microsoft等大公司才能买得起开发前沿AI模型所需的先进芯片集群。今年，普林斯顿大学宣布将用其捐赠基金购买300颗先进NVIDIA芯片用于研究（成本至少为900万美元），而Meta宣布计划在年底前购入35万颗相同的芯片，预计花费100亿美元。
国家战略计算储备可以通过竞争捐助的方式，为研究人员免费或低成本提供云上高级计算的使用时间。还可以构建、运营较小规模的计算集群，允许大型科技公司和资金雄厚的研究型大学以外的研究人员使用这种基础设施。它能促进尖端的人工智能研究，并进一步促进公共利益，而非使私人资本获利。它可以通过提供资源，让人才留在大学里也可以从事开创性工作，减缓顶尖计算机科学家从学术界流向工业界的速度。
改进已经开始。今年1月，美国国家科学基金会（National Science Foundation）启动了名为“国家人工智能研究资源”（National AI Research Resource）的试点计划，向150多个提案中的35个项目提供了算力、数据和其他资源的访问权限。一项新法案则在尝试将项目永久化。
增强美国的知识实力不仅仅是要发展新能力。华盛顿还需解决移民系统和国防预算方面的问题。国会必须通过移民改革，允许更多世界上最优秀、最聪明的学生从美国大学毕业后留在美国工作，前提是采取措施保护美国知识产权，防范间谍活动风险。国防部长应该改革五角大楼的武器采购程序，为实现可负担的长期创新项目提供真正的资金，并向国会和美国人民说明，预算失灵会妨害国家安全。
如果美国研究型大学要继续成为未来创新的引擎，联邦政府还必须扭转多年来对基础研究投资不足的局面。一些私营部门的领导者正在尝试通过慈善计划填补空白，例如Schmidt Sciences的AI 2050计划，承诺在五年内提供1.25亿美元，用于资助AI领域的大胆学术研究。但这只是杯水车薪。只有美国政府——在一架F-35战斗机上花费1.25亿美元的主体——才能完成必要规模的投资。两党立法者小组在近期再次呼吁，履行《芯片与科学法案》的最初承诺，将当前政府对非国防AI研发资金增加十倍至320亿美元。然而，从提案到法案通过之间的道路很长，自2021年以来，这个提案一直在国会流传，而它在AI开发领域已经是上一代的事了。考虑到技术变革的速度和风险，仅增加资金是不够的。更快地交付资金也很重要。
最后，美国需要解决K-12教育问题。教育衰退威胁未来的繁荣、安全和全球领导地位的警告并不新鲜，但教育改革在国家安全层面上并被视为紧迫优先事项。今天，在全国13500所公立学区的大部分里，教师薪酬基于入职年限和学历决定，这意味着物理和体育教师的工资相同，最好和最差的老师也同酬。一些城市已经在试行更好的方法。在达拉斯、休斯顿和华盛顿特区，教育官员尝试使用激励基金来评估教师并奖励最高效的那些。部分地区，如果学区将最好的教师部署到最差的学校，就能获得更多的可自由支配资金。这些做法已经产生了可喜的成果，应该对其进行研究和推广。
任何变化都不是一件容易的事，但如果没有它们，美国的知识实力将继续受到侵蚀。华盛顿一直坚持认为，通过出口管制和对外投资限制来控制中国获得美国技术，就可以保护自己的技术优势。但仅仅挫败中国并不足以刺激美国保障安全和繁荣所需的长期创新。现在，华盛顿比以往任何时候都更必须明白，知识就是力量，而且必须在国内培养知识。