Nature Index 排名前五的国家（美国、中国、德国、英国和日本）拥有巨额预算、世界一流的设施和悠久的科学发展历史，但它们也依靠合作来应对全球挑战。
刚刚，Nature Index 增刊《Big 5 science nations》最新一期《Nature》杂志共同发布。
Nature Index 于 2014 年 11 月首次发布，用以追踪研究成果。对于每个国家 / 地区或机构至少有一位作者来自该国家 / 地区或机构的文章，该国家 / 地区或机构的计数为 1。无论一篇文章有多少作者，情况都是如此，这意味着同一篇文章可以为多个国家 / 地区或机构的计数做出贡献。从 2018 年 6 月开始，纳入 Nature Index 的期刊数量由 68 本增至 82 本。
为了统计一个国家、地区、地区或机构对一篇文章的贡献，并确保它们不被多次计算，Nature Index 使用「份额」（Share）作为指标。每篇文章总可用份额为 1，每名作者均摊：若一篇论文出现 10 名作者，则每位作者获得 0.1，研究人员来自的机构和国家也是如此计算。
两个机构 A+B 之间的双边合作分数 (CS) 是它们在双方都参与过的论文中各自的份额之和。双边合作可以指任何两个机构或国家 / 地区在自然指数跟踪的期刊中合作撰写至少一篇文章。
根据最新数据，在中国机构中，份额排在前十名的是：中国科学院、中国科学院大学、中国科学技术大学、北京大学、清华大学、南京大学、浙江大学、复旦大学、上海交通大学、中山大学。
最新发布的《Nature Index 2022 Big 5》增刊基于 Nature Index 数据库，涵盖了 2015 年至 2021 年间发表的研究论文（2021 年数据代表 2020 年 10 月至 2021 年 9 月期间）。这份增刊展示了 5 个国家（美国、中国、德国、英国和日本）的研究成果，并探讨了这些国家之间的合作示例。
这份增刊中的表格根据其 2021 年在不同主题中的份额，展示了前五强国家中的顶尖机构，以及根据 2020 年至 2021 年调整后份额变化的排名前列的机构。
图片来源: Nature Index.
中美之间的合作研究关系依然紧密。在 Nature Index 选定的 82 种自然科学期刊的产出中，两国是彼此最重要的合作伙伴。2015 年至 2020 年间，中美合著的论文数量从 3412 篇跃升至 5213 篇，超过了 Nature Index 中任何其他合作国家。但自从 2018 年以来，中美合著文章的同比增长有所放缓。
「中美联合发表的数据仍在上升，尽管在过去两年中趋于平稳，」专门研究跨境知识生产的英国德蒙福特大学经济学家 Zheng Wang 表示。
这些合作通常源于那些年轻的中国研究人员在美国科研系统中度过的时间，然后形成了他们在返回中国后保持的关系。
经过近 40 年的合作，中国南京大学的天文学家 Xingwu Zheng 和马萨诸塞州剑桥市哈佛 - 史密森天体物理中心的射电天文学家 Mark Reid 发表了他们最新的联合成果，一份非常详细的银河系可视化。「如果你能飞出银河并回头拍照，这就是你所看到的，」里德说。
图源：Scientific American 2020 volum 334
竞争也是推动创新的关键，尤其是在新兴研究领域。例如，量子科学受益于中国和美国的巨额投资，因为每个国家都在争夺主导地位。
尽管起步相对缓慢，随着 2016 年世界上第一颗量子卫星「墨子号」的发射，中国一跃而占据量子安全通信的前沿地位。该卫星与中国的几个地面站协调，使用量子纠缠粒子来提供潜在的不可破解的通信。2020 年，由合肥中国科学技术大学物理学家潘建伟领导的卫星运营团队描述了墨子号在青海省德令哈与新疆南山相距约 1200 公里的地面站之间实现安全的量子信息传输方法（J. Yin et al. Nature 582,501–505; 2020）。
得益于 IBM、谷歌和微软等科技公司的重大投资，美国正通过 NASA 的国家空间量子实验室计划等计划竞相开发类似技术，并长期保持量子计算领域的领先地位。2020 年，潘建伟团队声称量子计算机「九章」可以与谷歌的 Sycamore 系统竞争，这也加速了两国之间的竞争。
