颠覆性技术是催生新产业、新模式、新动能，发展新质生产力的重要突破口。本文对美国国防部高级研究计划局（Defense Advanced Research Projects Agency,DARPA）的组织架构、运行机制、创新模式和最新研究动态进行深入阐释和分析。DARPA通过资助竞合的多学科交叉团队，催生出新的技术团队和学术领域，为新技术转移到军方和民用公司储备了重要力量。此外，DARPA能够有效利用美国国家科学基金会（NSF）资助产生的新知识和相关科研人员帮助其实现特定的技术目标，采用“项目关联”的研发模式，提升了资源利用效率的同时缩短了研发周期。研究借鉴其灵活的项目管理模式和跨学科合作机制，更好地组织和管理科技创新项目，提高研发效率和成果转化能力，推动科技事业迈向更高水平。

　　当今全球科技竞争日益激烈，科技创新已成为国家综合实力的重要体现。中国作为世界上最大的发展中国家，面临维护国家安全、促进科技进步和推动经济社会发展的多重需求。在此背景下，深入研究和借鉴国际先进经验，对提升中国科技创新能力和战略决策水平具有重要意义。美国国防部高级研究计划局（Defense Advanced Research Projects Agency,DARPA）的项目运作管理方式，如项目立项、项目实施、项目评价和项目成果转化等全过程值得中国借鉴，DARPA的整个创新生态系统打造、项目指南凝练方式与国内模式截然不同，早在项目指南凝练之初，成果需求方和项目实施方就已紧密联系。DARPA经验借鉴细化到微观层面，才有更具体的参考性。因此，本文通过总结DARPA项目的方向，为国内的未来研究方向提供参考。

　　DARPA作为美国国防部的重要组成部分，自1958年创建以来，始终坚持一项独特而持久的使命：为国家安全的突破性技术进行关键投资。DARPA已成为“创新偶像”，被广泛认为在许多新突破性（“颠覆性”）推动前沿技术的创造发展和演示中发挥了重要作用。作为世界上最具影响力的科技研发机构之一，DARPA以其敏锐的洞察力和卓越的科技创新管理模式，不断引领和塑造全球科技发展格局，如隐形和精确制导弹药、互联网、全球定位系统接收器、语音识别软件、半导体制造工艺和无人驾驶飞行器等领域。近年来，DARPA又围绕生命健康、高端装备、人工智能、量子计算与通信等前沿战略领域布局了一系列项目。中国正在加快建设科技强国，在新科技革命与产业变革的背景下，需要加快推进颠覆性技术创新，促进涌现更多的引领性原创成果，借鉴DARPA的实践经验，可以有效推动有组织科研的展开，不断增强中国科技创新策源能力。

　　DARPA下设4类办公室：局长办公室、技术办公室、特别项目办公室和支撑办公室，管理层只有2级：局长、副局长与办公室主任、副主任。这些管理人员本身技术熟练，能够快速而有效地做出明智的决定，包括聘请哪位专家做项目经理，何时批准或不批准拟议的研发项目，以及如何确保项目经理以有效的技术方式实施项目等。

　　DARPA有约100名项目经理和约100名左右从事合同管理、法律服务、人力资源管理和安全保护等支撑服务的政府雇员，以及军方联络员。此外，还包括服务政府雇员的外聘员工，其中有一部分是经验丰富的博士科学家和工程师，主要为项目经理提供宝贵的技术支撑，其他则是后勤辅助人员（见图1）。

　　DARPA在其颠覆性产业创新生态内部构建了庞大的研讨网络，以保持与各网络成员的紧密交互联动，促进了颠覆性创新项目的识别、发现、研发与转化。

　　DARPA拥有灵活的聘用及合同权。DARPA的管理人员、行政人员在专门的法律规定下，开展人员聘用和合同管理。例如，DARPA得到法律授权，可以快速地聘用项目经理。如果项目经理来自大学或其他政府机构，DARPA可适用“政府间雇员协议”（IPA）。在此协议下，项目经理与DARPA签订合同后成为临时政府雇员，但仍然保留原大学或实验室的聘用关系。如果项目经理来自企业，则可根据《1999财年国防授权法案》第1101节，允许DARPA快速聘用专家，但项目经理在DARPA工作期间必须从企业离职。

　　除了灵活的聘用权之外，法律许可DARPA可以多种灵活的形式签订合同，其中包括“其他交易权”（OTA）。这项权力使DARPA不受限于高度限制性的政府采购要求。DARPA还拥有“奖励权”。例如，在机器人领域，DARPA可以在法律授权下组织竞赛并提供奖励，以吸引通常不与政府合作的研究团队。

　　首先，DARPA专注于远大的技术目标，而不是技术渐进。其使命是创造有价值的新技术。DARPA资助基础科学研究，将其作为发展新技术的手段。其次，DARPA专注于具有变革性潜力的项目。它并不关注技术的即时或渐进式改进，而是专注于尝试实现技术能力的重大变化或转变。最后，DARPA寻求创造“突破性”“变革性”或“颠覆性技术”，特别是寻求“改变态势”的技术（显著改变现有能力的技术）。DARPA更关注技术能够带来的产出和成果，而不是技术本身的特点。

　　麻省理工学院华盛顿办公室前任主任威廉姆·邦维利曾指出，DARPA研发模式有两个重要方面：一是以应对挑战为出发点；二是连接科学研究和技术挑战的“关联模型”。以应对挑战为出发点是指DARPA的项目经理识别既有价值又可实现的特定技术的能力。DARPA还采用“关联模型”的研发方式，即将基础科学和工程与特定的技术目标及挑战相联系。这使得DARPA与美国其他一些研发机构完全不同。例如，美国国家科学基金会（NSF）资助大学开展的基于科学兴趣的基础研究，这些研究通常与任何特定的技术目标无关。而DARPA利用这些新知识以及受过良好教育、经验丰富的研究人员，实现特定技术目标。

　　高风险/高回报项目预算体量往往达数千万美元，DARPA承担风险的方式是制定相应的管理程序。1975—1977年，时任DARPA局长乔治·海尔迈耶（George Heilmeier）曾列出一系列问题，体现了对“远大目标”和“慎重考虑”的双重重视。这些问题被称为“海尔迈耶要理之问”，是项目经理在设计新项目时必须重视的问题，也是办公室主任、局领导在审议项目建议时，对项目经理必提的问题。

　　不仅如此，DARPA还建立了在高风险环境下提升成功率的工作机制。DARPA“组合式投资”的项目布局方法十分重要。实际上，资助多个方向的项目，并在一个项目里资助多个课题、多种技术路线的情况下，虽然有的项目会失败，但同时也会有其他项目取得重大突破。此外，DARPA授权项目经理跟踪评估研究进展，与项目实施者共同分析问题、寻找新的方向，从而做出方案调整。

　　当一项新技术可以为美国国防部和整个国家带来重大影响时，DARPA会在这一技术领域持续投入很多年。DARPA会在项目取得成功的技术领域继续布局新一轮3～5年的项目，通过长期围绕某一重要的技术开展工作，DARPA可以创造顶尖的新技术（技术“主题”）。每一代的研发项目都有不同的技术目标和评价标准，但都处于共同的技术领域，会在前一代成果和经验的基础上进行下一步研发。这意味着新的项目经理将基于前期基础，专注更远大的目标，或者采用全新的技术路线，或者将已有成果融入一项新的技术理念中并创建工作原型。

　　DARPA会资助一些其他领域的项目，这些领域与重大新技术相关，并且对重大新技术的整体成功至关重要。

　　DARPA通过资助既竞争又相互合作的多学科交叉团队，经常会催生新的技术团队和学术领域。DARPA资助的技术团队是将新技术转移到军方和民用公司的主要力量。

　　DARPA模式的核心特征之一是聘用技术成就突出的项目经理，并让他们提出项目建议，管理项目实施。对一项新提议的项目，项目经理有权力、有责任确定各项细节，包括项目研究内容、立项依据、科学和工程上的研究基础、评价项目进展的具体标准以及项目预算和里程碑时间表等。项目经理主要集中在6个技术办公室和2个特别项目办公室。DARPA认为一位项目经理无法一直保持良好的创新状态，因此，项目经理是临时、短期聘用的，通常为3～5年，每年的人员变化率为25%左右。

　　项目经理通过5种方式确定项目研究主题。一是了解军方需求，召集精英科学家集思广益，与科研人员交谈了解新兴技术方向。DARPA中设有军事联络员，负责将项目经理与军方需求联系起来。此外，DARPA的项目经理每年会访问全国各地军事设施。二是以成熟供应商、大学和初创企业为主体确定共同的研究主题。三是建立技术社区，促进竞争对手之间的知识互通互动。四是为新技术方向提供第三方概念验证。五是进行多渠道技术转移。

　　如图2所示，DARPA主要有以下两种信息收集的方式。一是项目经理会与各领域的科学家和工程师进行广泛交流，了解技术挑战和机遇。例如，项目经理会与大学科学家、企业研究人员和政府实验室的专家交谈，了解技术趋势和未来可能的发展。二是项目经理和DARPA领导会与军官、顶尖专家进行广泛交流，以了解美国国防部的长期需求以及对其有帮助的技术解决方案。对话形式包括：与DARPA指派的军官进行非正式对话、DARPA领导与国防部高级文职官员之间进行频繁对话、DARPA领导与高级军官之间每三个月左右举行会议定期讨论某一主题，并与国防科学委员会（DSB）和其他高级顾问小组进行互动，以及在某些情况下由外部分析师和国防分析研究所（IDA）等智库进行正式研究。

　　项目经理在进入DARPA时通常有非常具体的技术方案，之后会花费1年或者更长时间研究该技术及其所属领域（或多个领域）的发展现状，通过阅读、拜访、与对该技术或开发可能有贡献的关键人员交谈，以及组织座谈、会议、小组讨论和其他会议等方式，研讨该技术并辩论其开发的各种方法。经过最初的探索后，项目经理制定技术开发计划，并为该计划的各个组成部分编写和发布需求建议书（RFP）征集提案，这些在DARPA被称为广泛机构公告（BAA）。提案将发送给项目经理选择的专家进行审查，这些专家来自政府内部（特别是军方）和外部，但最终决定权属于项目经理。

　　项目经理撰写的BAA内容应包含计划的指定、指标、企业和高校如何向该计划提出建议、建议书的内容、建议书评估、里程碑节点及项目管理规则等。BAA通常在发布后的45～60 d内提交。项目经理召开研讨会审查计划愿景和指标，并组建团队。项目经理和政府专家团队需要两个月时间评估提案，并选定资助的提案，另外需要三个月时间与企业或大学签订项目合同。

　　DARPA采取个人责任制、多团队竞争性资助、分阶段资助验收和项目过程开放的项目管理方式。在项目启动时，将项目最终成果分解为阶段性任务，设置阶段性目标，在到达关键时间节点时对任务完成情况进行评审，并根据评审结果拨付经费。如果评审通过，阶段任务合格，划拨下一阶段经费；评审未通过，项目直接取消或进行修正。在资助额度方面，DARPA坚持“广撒网、深扶持”，前期资助金额不会过高，后期会对前期研发顺利、技术成果明显和发展前景良好的项目增加资助额度。

　　外部分包商通常为咨询公司，这些咨询公司与DARPA机构有长期的合作关系，有些人员还曾担任DARPA的项目经理或者项目合同方（实施人员）。咨询公司指派特定人员与DARPA合作小火箭年费节点怎么退费，承担的任务和角色有文秘、行政支持和高级专业技术职能等。项目合同方的主要任务是科学和工程研究，但也包括关键的行政、培训和监督任务。例如，项目合同方要发挥指导和培训新项目经理的作用，并为新项目经理在DARPA工作期间提供项目开发和实施方面的建议。由于项目经理在DARPA的任期较短，由项目合同方提供项目组织的连续性。

　　与聘用顾问类似，DARPA聘请外部人员审计和监督其与项目合同方签订的合同，聘请的外部人员通常是获得认证的经验丰富的政府雇员。此外，DARPA也会寻求军队中最有资质的审计员完成该项工作，这些审计员能够创造性地利用政府合同规定满足项目经理招募研究人员的需求，审计员对项目的技术层面较为了解，并且能够试图帮助项目合同方解释无法满足合同要求的原因，这也为项目经理在DARPA机构内申请立项提供依据支撑。

　　DARPA的项目是持续管理的，而非后续评估。当项目不可避免地出现意外和变化时，可以更改合作项目，若更改后仍然失败，那么就会终止此项目。从项目开始到完成或者淘汰的过程中，通过各种方式围绕项目进行持续的审查和讨论，在局长、办公室主任和项目经理之间寻求新项目提案，以及外部审计人员和项目经理共同审查合同，在这个过程中不断质疑项目的双方（如进行这项研究的原因，由DARPA而不是企业或其他政府机构提供资金的理由，如何评估是否成功，如何设定适当的指标等），因此项目审查过程非常重要。

　　合同通常包括具体的绩效要求，合作方需要按期提交进度报告（通常每3个月提交一次），项目经理通过报告和现场调研把控项目进度，同时，项目经理基于研究经验对合同进行适当修改或者取消。除项目实施过程审查之外，还会定期举办研讨会和会议，项目实施人员必须参加会议，并且需要报告项目进展并听取和点评其他人的报告。监督DARPA的高级政府团体包括美国国防部高级官员、国防部监察长办公室、总统管理和预算办公室、美国国会和国会审计机构。

　　DARPA挑战赛通过公开竞争动员全民参与，吸引来自各个专业领域的多种类型机构（高校是主要参与力量）参赛，扩大了竞赛规模，降低了研发风险。在挑战赛中，参赛方可以直观展示其创新技术和解决方案，加速不同领域的技术相互融合，实现竞争式创新并不断完善。2009年奥巴马政府通过了《美国创新战略》，呼吁全社会通过奖励和挑战赛的形式激发创新活力，2010年，奥巴马政府发布了《美国竞争法案（2010版）》，首次从法律层面全面规范了政府机构举办技术挑战赛的形式与要求。

　　DARPA较早地开展了众包模式，并对其进行系统运用，取得了显著成效。众包模式可以最大限度地调动全社会创新积极性，并将大量的工作任务分包出去，缩短创新时间，提高创新效率。

　　当有解决方案时，众包模式可以发挥很好的创新作用，但如果没有解决方案，众包模式的作用无法发挥。2019年，DARPA在其官网推出了多学科、多领域协同创新的Polyplexus平台。DARPA通过创建一个新型社交媒体平台，将社交网络的力量应用于高新技术研究和开发，从而缩短了从科学思想到科研实践之间的时间。

　　DARPA针对某些具有短期创新要求的技术研发任务，推行了一种全新的模式——“创新会馆”。DARPA将不同领域的研究人员集合起来协同工作，在短期内针对面临的技术难题提出创新性的解决方案。

　　为遵循技术创新的规律，有效应对技术创新的不确定性，DARPA会围绕一个共同的高新技术主题，采用“滚雪球”的迭代创新方式，在利用相关项目完成小颗粒度技术创新后，将多项小颗粒度技术汇聚、融合，形成更大的项目，继续进行大颗粒度技术创新，从而使该技术主题相关研发能够持续推进、深化拓展，最终获得世界领先的技术优势。

　　大众向DARPA提交高新技术发展想法和概念的首选方法是响应公开征集，而不是主动提交建议。DARPA使用的征集类型包括BAA以及小企业创新研究公告（SBIR）、小企业技术转让研究公告（STTR）、研究公告（RA）、征求建议书（RFP）或其他赞助邀请。

　　小企业创新研究公告和小企业技术转让研究公告是DARPA的小企业计划办公室（SBPO）发布的小企业创新信息研究公告，以提高小型企业参与高新技术研发的创新能力，并拓展成果转化市场。研究公告模式是当DARPA计划对研究项目授予经费或签署合作协议时，用研究公告公示研究信息，并广泛征求意见。征求建议书模式是DARPA基于联邦采购法规（FAR）的一种招标方法，使用频率低于BAA和研究公告模式，仅在超出简化采购门槛或存在共同合作申明的情况下，根据政府对供应和服务的要求征求建议。

　　DARPA把技术开发归为三大类，即基础研究（第1～2级）、应用研究（第3～4级）和先进技术开发（第5～7级），其中大部分资金用于资助第3～7级技术的研发，即从技术方案的初步验证阶段到初级产品的应用场景验证阶段。DARPA填补了“死亡之谷”和“资助裂缝”，资助了从第1级到第7级技术的研发。从经费配比来看，应用研究和先进技术开发两类预算活动的经费之和约占总经费的90%。由此可见，DARPA国防科研的最主要任务是开展与实际应用结合更为紧密的应用研究和先进技术发展研究。

　　2024财年，DARPA预算在三大类预算活动下（管理保障不计）共设14个计划单元，32个项目细分技术方向。其中，基础研究类活动预算为3.62亿美元，主要包括国防研究科学和基础作战医学两个计划单元；应用研究类活动预算为16.26亿美元；先进技术开发类活动预算为22.86亿美元，主要包括先进航空航天系统、太空项目与技术、先进电子技术、指挥控制和通信系统、网络中心战技术和传感器技术共6个计划单元，涵盖先进航空航天系统、太空项目与技术和混合技术集成等13个领域。

　　对于技术开发阶段和领域，电子技术、超越规模技术与人工智能技术是贯穿基础研究、应用研究和先进技术开发3个阶段的投入重点。应用研究的方向规划清晰，分为生物医学技术、信息与通信技术、生物战防御、战术技术、材料和生物技术、电子信息技术6个方向，其中电子信息技术、材料和生物技术等占据了绝大部分经费，是当前DARPA的战略重点与科技核心，也是目前中国科技发展的主要方向。

　　先进技术开发阶段，网络中心技术经费占比最大，说明美国国防部重视联合全域指挥控制、“马赛克战”等协同作战概念的技术开发与验证，聚焦武器系统作战协同能力提升，致力于突破协同关键技术、研制协同节点装备并演练协同作战技术。此外，传感器技术和太空项目技术经费逐年递增，体现了美国亟须在这两个领域取得突破，使商用技术快速满足军用需求，其背后的战略意义十分明确——使美国在科技领域能有源源不断的产出，在世界上保持领先地位。

　　近年来，DARPA在新一代信息技术、生命健康、空天海洋和能源材料等领域加大投入，体现出抢占未来产业制高点的战略意图。

　　在尖端半导体制造方面，DARPA发布了“下一代微电子制造”（NGMM）计划，旨在创建一个尖端制造技术原型制作中心，重点关注三维异构集成（3DHI）微电子材料和设备，提升美国的微电子开发和生产能力。DARPA认为，微电子创新的下一波浪潮将主要来自先进封装异质集成材料、设备和电路方面。DARPA已选择11个组织开展下一代微电子制造计划。起始阶段的工作重点是基础研究，为下一步创建国内三维异构集成微系统中心提供信息。选定的团队包括应用材料公司、亚利桑那州立大学、休斯研究实验室、英特尔联邦和北卡罗来纳州立大学等。这是一项高风险的任务，如果取得成效，将巩固美国在未来尖端微电子领域的领导地位。

　　在生物制造方面，DARPA发布了“聚宝盆”（Cornucopia）计划，旨在使用3种成分（空气、水和电）制造各种健康的新型微生物食品，用于军事作战部队和救灾情况。约翰·霍普金斯大学、伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校和哈佛医学院将进行该项目的微生物生物质的生产。微生物生物质由蛋白质、碳水化合物、脂肪和膳食纤维4种人类膳食常量营养素组成，以期产出多种食品形式，如奶昔、棒状、凝胶和肉干，满足生产系统中的军事营养标准和适口性要求，最大限度地减少投入、处理过程和占地面积。这些研究团队的技术成果体现了广泛的多样性，包括13种不同的碳和氮固定方法、12种不同的微生物和藻类物种、39种微生物来源的风味和18种食品加工方法。

　　在光学制造方面，DARPA的“天顶”（Zenith）计划将研究液体镜（LM）作为玻璃或铍光学器件的替代品。天文学和空间领域感知（SDA）能力的发展受到望远镜光学器件尺寸的限制，这与精磨和抛光玻璃主镜的成本有关，即光学器件的“成本-尺寸缩放定律”：随着主镜变大，成本呈指数增长，限制了超大口径望远镜（VLT）尺寸的大规模制造、推广和商业化。太空镜还容易受到超高速碎片撞击造成的灾难性破坏，这种破坏程度会急剧增加，并受限于有效载荷整流罩尺寸、分段镜的设计等。液体镜可能会突破天文学和空间领域感知应用的限制。该计划将通过开发建模、电磁力控制以及其他方法解决大型毫米波望远镜的天顶限制，打破需要旋转和重力创建光聚焦光学表面的规则。

　　在健康睡眠方面，DARPA设立了“警觉战士”启动（AWARE）计划项目，旨在解决一些环境条件导致战士睡眠不足，从而削弱其战斗力的问题，通过修改目前批准的处方药，在使其不会成瘾且不会对睡眠、情绪产生负面影响的情况下，实现快速助眠的效果。项目目标是设计一种新型光控兴奋剂，这种兴奋剂的作用方式在活性状态下与常规未经修饰的药物相同。这种光控兴奋剂可以非侵入式地将近红外光（NIR）传送到大脑的特定区域，选择性地激活药物，从而激活大脑中负责执行功能、工作记忆和决策的区域，同时避免脱靶效应。选择性地将药物从活性状态切换到非活性状态，可以促进战士按需从警觉状态转变为恢复性睡眠状态。这需要遴选出一种可进行光开关的右旋安非他明分子，这些分子在黑暗条件下具有生物惰性，但在850nm近红外光下能够可逆激活。为此，需要开发一种可发射850nm近红外光的可穿戴设备。使用模拟人体头皮、头骨和脑组织的模型，验证可穿戴设备将毫米级分辨率近红外光无创地传送到人体前额叶皮层的能力等。

　　在基因与细胞调控方面，DARPA发布了广谱编辑拮抗剂计划（B-SAFE），旨在开发针对多种类别和物种编辑器的高效抑制剂平台技术，以增强基因与细胞的活性、实用性和覆盖范围。先进基因组编辑工具领域的快速发展使人们能够以精确、快速、经济高效且广泛可用的方式修改遗传物质。成簇规律间隔短回文重复序列及其相关蛋白技术（CRISPR/Cas）是基因组工程工具包中使用广泛的工具，然而，人们对CRISPR/Cas系统的精确度、特异性和控制度仍然存在担忧。提高安全性、有效性和实用性的途径之一是发现或设计新型抑制剂，这些抑制剂有可能通过限制非预期的脱靶效应，实现对时间和空间活动的控制，阻碍和调整CRISPR介导的和其他基因组编辑工具的调节。该计划利用深度学习等先进技术的计算能力开发平台，以快速发现和开发新型、新兴基因编辑器技术的抑制剂。

　　在人工智能方面，DARPA启动了“人工智能量化”（Artificial Intelligence Quantified,AIQ）项目并在“在复杂环境中具有弹性的机器人自主性”（RACER）计划上取得新突破。

　　人工智能量化项目旨在通过开发新技术评估生成式人工智能的质量，并确保人工智能能够给出正确的答案。人工智能在文本生成、游戏等领域的表现已经接近人类的水平，这为与军事和社会中的人类伙伴广泛融合提供了前景。在高风险决策中，依赖可靠、具体的信息至关重要。将基础数学与测量和建模领域相结合，可以发现以量化方式保证人工智能系统性能和安全性的关键途径。

　　自动驾驶RACER项目在得克萨斯州的军事训练区域完成测试。RACER项目开发的具有弹性的自主机器人在15 mi2(1 mi2=2.59 km2）的区域内展示了先进的自主运动能力，这一区域包括高度多样化的地面植被覆盖、树木、灌木丛、岩石、斜坡、受阻的沟渠和小溪交叉口等装甲机动所需要面对的各种典型复杂地形。夜间运行测试结果显示其与白天具有同等性能。这些测试为其未来在军事和民用领域的应用奠定了坚实的基础。

　　在量子科技方面，自21世纪初以来，DARPA各种量子项目的重点是在量子传感和量子信息科学研究界之间建立桥梁，增进对以极高的精度控制和操纵量子态的理解。近年来，DARPA选择美国的领先机构部署了一系列具有颠覆性潜力的任务。

　　“未充分探索的公用事业规模量子计算系统”（Underexplored Systems for Utility-Scale Quantum Computing,US2QC）项目与微软等3家公司开展合作。US2QC项目试图确定一种未充分探索的量子计算方法是否能够实现实用化。在US2QC项目第一阶段结束后，DARPA选择微软公司和硅光芯片公司（PsiQuantum）进入US2QC项目的下一阶段，该项工作预计将持续到2025年3月。

　　“中等规模量子器件噪声优化”（Optimization with Noisy Intermediate-Scale Quantum,ONISQ）项目，与哈佛大学、麻省理工学院、加州理工学院、普林斯顿大学和美国中性原子量子计算公司（Qu Era Computing）等开展合作。ONISQ项目始于2020年，旨在通过超越纯经典超级计算机的性能解决一类极具挑战性的问题（组合优化问题），从而证明量子信息处理的优势。哈佛大学已在其实验室中构建了拥有约48个里德堡逻辑量子比特（qubits）的量子电路，截至2024年初是拥有逻辑量子比特数量最多的实验室。由于里德堡逻辑量子比特的同质性和纠错能力较高，预计快速增加逻辑量子比特的数量相对简单。ONISQ项目首次创建了具有逻辑量子比特的量子电路，有助于加速容错量子计算的发展，并彻底改变量子计算机处理器的设计理念。

　　“新合成量子纳米结构”（SynQuaNon）项目，旨在开发合成超材料，以实现更强大的量子计算能力。目前的量子计算、传感、通信和信号处理方法都依赖于超导电子设备，因为这些设备能够以量子级别的精度操纵或处理信息。但这些设备需要冷却到绝对零度（-273℃），以及建设大型制冷装置。该计划将探索新型人造材料，如超材料、纳米图案结构和量子异质结构，这些材料可耐受更高的环境温度，从而显著降低尺寸、重量和功率（SWaP）要求。新型合成纳米材料可应用于单光子探测，支撑单光子探测器在更高的温度或更快的响应速率下运行，从而能够以更快的速度探测单光子（光的量子极限）。此外，单光子探测器在暗物质探测的实验中发挥较大的作用。除此之外的应用领域是通用射频放大器件，可以使射频放大器变得更小、更便宜，并且可以在更高的温度下运行，噪声更低。

　　DARPA部署了BLUE(Battery-free Electrical Upgrade for Ocean Exploration）项目，旨在开发持续供电技术，以扩展远程海上部署传感器系统的功能。此类系统对维护国家安全、了解海洋环境动态和监测海洋气候变化具有巨大潜力。BLUE项目通过捕获微观形式的海洋生物质，如溶解有机物、浮游植物、细菌和微观浮游动物，将其转化为电能。该计划目标是开发自给式电源，在完全浸没的情况下维持至少0.1kW的平均连续功率一年以上，无须维修，体积不超过180L，重量不超过200kg并且可以使用海洋生物质自行补充燃料，使远程、海洋部署的传感器系统（包括海底安装的传感器和剖面系统）运行时间比同等大小的电池组运行时间更长。该项目涉及来自多个互补学科（如海洋工程、海洋生态学、流体动力学、电化学、分子生物学、合成生物学、生物化学和生物生产）的专业知识团队。

　　在海洋科技方面，DARPA部署了“蝠鲼”（Manta Ray UUV）项目，旨在使有负载能力的自主无人水下航行器（UUV）在海洋中执行长期、远程任务而无须现场人力后勤支持或维护。2020年3月，DARPA授予4个公司研发合同以执行蝠鲼计划。其中3个公司洛克希德·马丁先进技术实验室、诺斯罗普·格鲁曼公司和马丁防卫集团有限责任公司（前身为Navatek公司）被选中研发蝠鲼原型机，第四家Metron公司专门研究海底能源解决技术。2021年2月10日，DARPA宣布完成初步设计审查，并且选择诺斯罗普·格鲁曼公司和马丁防务集团继续推进各自的无人潜航器总体设计。Metron公司将继续研究自主无人水下航行器原型的能源解决方案。2024年2—4月，诺斯罗普·格鲁曼公司建造的蝠鲼原型机在南加州海岸完成了全尺寸的水中测试。该无人机的试验成功是美国国防部在未来无人潜航器领域的最新进展。

　　在空天科技方面，通过“敏捷地月行动演示火箭”（DRACO）计划，与美国国家航空航天局（NASA）合作建造核热火箭（NTR）发动机，目标是2027财年在地球轨道上测试支持NTR的航天器。NTR可以将货物运送到新的月球基地、将人类运送到火星以及将机器人运送到更远的地方。该计划于2021年启动，美国国家航空航天局2023年初加入。NASA的目标是在21世纪30年代末或21世纪40年代初将宇航员送到火星。美国国家航空航天局承诺提供高达3亿美元资金，其中2.5亿美元是核热火箭的核动力发动机设计和开发协议成本。NTR发动机比电力推进效率高出约10000倍，效率比化学推进高出2～5倍。基于过去反应堆技术的经验教训，DRACO计划探索使用高含量低浓缩铀（HALEU）燃料，实心NTR温度可达到近2760℃，因此需要使用先进材料。

　　创新生态系统具有多样性共生、自组织演化和开放式协同的特点，这些特点使得创新生态系统能够孕育和涌现出新物种、新群落，也意味着新思想、新技术和新产品的持续产生。在典型的DARPA项目开发过程中，有关新功能的信息来自美国国防部，而有关技术的可行性信息以及各领域具备发展潜力的信息来自行业企业和技术界。信息分析与筛选则大多来自为美国国防部和DARPA提供建议的智库和咨询委员会。外部顾问、美国国会或总统行政办公室在完成DARPA项目方面发挥了重要作用。DARPA项目经理根据这些意见构建一个项目，项目由一系列的子项目组成，具有明确的技术目标。建立牢固的合作伙伴关系是DARPA高新技术创新生态中非常重要的弹性机制，也是DARPA高新技术高效率转化的重要保障。

　　中国在推动有组织科研与创新的任务布局过程中，建议加强项目目标凝练，特别是要探索建立以项目经理为核心的项目凝练与管理机制。创新生态系统治理的关键因素包括技术、组织和机制，在项目凝练和任务布局过程中，尽可能避免选择简单的指南方式，特别是以“同批专家提供指南、同批专家评议申请、同批专家获批项目”的方式进行项目凝练和布局，应充分考虑技术手段、组织生态和运作机制的设计与优化。

　　一是培育和遴选优秀的行业资深专家成为项目经理，使其肩负探索创意、明确需求、凝练选题的重要职责。

　　二是选择枢纽型科研组织，使其成为项目经理的“集散地”和工作室，构建支持项目经理工作的生态环境，开展前沿研究，组织技术论证，寻找科研团队，对接行业企业。

　　三是建立基于生成式人工智能的项目发现与技术路线跟踪系统，应用大模型并通过专业领域的数据资料强化系统，保证智能问答的准确性、可靠性和一致性，为项目经理及其团队提供专业、科学、可靠和有效的支撑。

　　DARPA通过平行竞争和阶段性评估资助“高风险/高回报”项目。项目第一阶段采用多团队、多技术路线的竞争性资助，促使项目之间产生良性的竞争机制。对于达到第一阶段指标要求的团队，DARPA将在第二阶段加大资金投入进行重点资助。这种方式有效降低了颠覆性技术研发的不确定性，确保科研投入获得较高绩效。

　　中国在推动有组织科研与创新过程中，建议采用类似DARPA的支持模式，构建“阶梯式”弹性资助方式。

　　一是项目起始时可采用多路线探索、多团队竞赛的平行布局方式。颠覆性技术方向具有多路线竞争演进、多种未来应用场景颠覆等特征，起始阶段往往是由不同的团队沿不同的技术路线探索，尚未出现具有明显优势乃至主导性的技术路线。此阶段可以借鉴DARPA模式，由不同团队提出不同的技术方案，开展科研竞赛，进行多团队支持，这一方面有利于科研团队相互促进，另一方面也避免了重点科研项目过于集中的问题。

　　二是设置里程碑，按节点支持。对于最先达到第一节点或者在第一节点性能达到最优的团队，可以支持其进入下一个阶段继续研发。考虑到不同技术路线的难易程度以及科研探索的偶然性等因素，可以继续支持两个以上的团队进入下一阶段工作。对于未能实现第一节点目标的团队，应在充分论证的基础上，尽职免责。如果研发过程中出现了特殊情况，可以考虑另辟任务予以支持。

　　三是对于无法完成最终预定目标的任务和团队，应及时终止，在尽职免责的基础上，总结经验教训。里程碑和最终目标的设定，应考虑应用场景、性能成本等多重因素，而不能仅以技术指标作为衡量因素。

　　DARPA的成功之处是军民融合、寓军于民。从DARPA近年来的重点任务布局上，可以看出，面向地缘政治格局变化，DARPA在未来信息、未来健康、未来制造、未来空间和未来能源等多个方面的布局均有不同程度的加强。这些布局反映出新科技革命与产业变革的重要趋势，体现了未来大国博弈的技术支撑所在。

　　一方面，全面推行引领性、智能化的技术预见工作。技术预见对于把握前沿技术态势、展望未来应用前景以及应对技术风险挑战等具有重要意义。引领性技术的预见对于促进原创科研具有至关重要的作用，可以为新兴产业、未来产业的布局提供更具前瞻性、突破性的建议。同时，近年来国际上技术预见的一个重要趋势就是智能化，应支持建设针对专业领域的基于人工智能大模型的智能化技术预见系统，为原创科研布局、项目推进实施和技术路线研判遴选等提供及时、动态、有效支撑。

　　另一方面，通过多部门协同、央地互动和跨区域协作等，探索采用“项目关联”研发模式，加速新技术应用、新业态形成和新商业模式涌现。例如，美国国家科学基金会的使命是利用杰出研究人员的才能发展通用知识，而DARPA则利用这些新知识，组织受过良好教育、经验丰富的研究人员，实现特定技术目标，实现了通用知识和特定技术目标的融合。因此，中国应加强科研项目库的建设与有序共享，遴选已实施或正在实施的科研项目，基于其研究成果，与特定技术目标相结合，推进建立跨区域、跨部门、跨行业和跨领域的关键核心技术攻关与未来产业培育工作。

　　DARPA在项目提案征集和实施过程中，构建了与美国优秀团队合作的机制，创建了卓越的技术人才信息库。DARPA致力于以企业风险投资无法承担的方式长期关注人才并给予研发资助。

　　中国在推进有组织科研与创新工作开展过程中，应借鉴DARPA模式，着重加强卓越技术人才和卓越技术管理人才队伍建设。

　　一是探索“两线两总”机制，强化有组织科研与创新的资源保障、技术攻关之间的高效互动和有机协同。高校科研机构以及大型企业等开展有组织科研与创新活动时，应探索建立研发办公室和总工程师室。其中研发办公室作为项目经理或总指挥的重要支撑部门，应做好进度把控、资源调度等工作。总工程师室作为项目技术负责人或项目总师的重要支撑部门，须做好各技术子系统、模块和技术路线的设计、协调与推进工作。

　　二是加强卓越工程师队伍、技术经理人队伍建设，强化职业教育、高等教育和继续教育中的工程技术、技术管理课程建设，打造一支规模宏大的卓越技术人才和卓越技术管理人才队伍。

　　三是在确保国家科技安全、个人隐私安全等基础上，通过科技大数据进行汇集、梳理和分析，推进科技人才画像库建设，有序构建区域性、全国性乃至国际性的技术人才信息库，为关键核心技术突破、联合攻关提供高素质的技术团队资源和项目经理队伍。

　　本文来源于《全球科技经济瞭望》2024(10)。邹芸，上海科学院副研究员。李万，上海科学院研究员。文章观点不代表主办机构立场。