China rückt bei KI, Quantenforschung und Biotechnologie an die wissenschaftliche Führungsrolle der USA heran

Ein sich verschiebender Schwerpunkt in der Wissenschaft

China bewegt sich bei der Forschungsleitung auf Augenhöhe mit den USA zu, gemessen daran, wer wissenschaftliche Arbeit leitet und nicht nur daran, wie viel veröffentlicht wird. Eine große Studie zu fast sechs Millionen wissenschaftlichen Arbeiten ergab, dass Forschende mit Sitz in China 2023 bei 45 Prozent der gemeinsamen Veröffentlichungen aus den USA und China die Leitung innehatten, gegenüber 30 Prozent im Jahr 2010. Wenn sich die aktuellen Trends fortsetzen, dürften sich die Führungsrollen der beiden Länder um 2027 oder 2028 gleichmäßig verteilen. Die Analyse nutzte maschinelles Lernen, um Beitragsangaben und Autorenschaftsdaten auszuwerten und daraus abzuleiten, welche Forschenden ein Projekt geleitet haben. So lässt sich Einfluss über reine Veröffentlichungszahlen oder viel beachtete Zitationswerte hinaus erfassen.

Dieser Wandel ist bedeutsam, weil Führungsrollen zeigen, wer die Forschungsfragen stellt, Methoden entwirft, Ressourcen sichert und Kooperationen steuert. Er deutet darauf hin, dass China nicht nur wissenschaftliche Ergebnisse hervorbringt, sondern zunehmend auch die globale Forschung organisiert. Zeitlich fällt diese Entwicklung mit wachsenden Turbulenzen im US-Forschungssystem zusammen: Auseinandersetzungen um Fördermittel, Einstellungsstopps und wiederkehrende Entlassungswellen haben das Vertrauen geschwächt und ausländischen Einrichtungen die Anwerbung von Forschenden erleichtert. In vielen entscheidenden Bereichen, von künstlicher Intelligenz bis hin zu Halbleitern und modernen Werkstoffen, deutet das Modell der Studie darauf hin, dass China noch vor 2030 bei der Forschungsleitung mit den USA gleichziehen könnte.

Dasselbe Modell untersuchte, was geschieht, wenn sich die wissenschaftlichen Beziehungen zwischen den USA und China weiter abschwächen. In einem Szenario der Entkopplung steigt Chinas Anteil an der globalen Forschungsleitung, weil chinesische Forschende Kooperationen mit europäischen und anderen Partnern mit größerer Wahrscheinlichkeit leiten als solche mit US-amerikanischen Kollegen. Peking hat zudem viel investiert, um die internationale Bildung im Rahmen der Neuen Seidenstraßeninitiative auszubauen und so Netzwerke zu stärken, die Forschungspartnerschaften fördern. Seit 2012 hat China rund 33,3 Milliarden Yuan für die Ausbildung ausländischer Studierender bereitgestellt, vor allem aus Afrika und Südasien. Bis 2018 stammte fast die Hälfte aller internationalen Studierenden in China aus diesen Regionen. Inzwischen leiten chinesische Forschende die meisten Kooperationen mit vielen Teilnehmerländern der Neuen Seidenstraßeninitiative.

Was Forschungsleitung wirklich bedeutet

Die Regeln zur Autorenschaft unterscheiden sich je nach Fachgebiet. Führungsrollen zeigen sich jedoch oft an wichtigen Funktionen wie der des korrespondierenden oder des hauptverantwortlichen Autors sowie in Beitragsangaben, aus denen hervorgeht, wer Experimente konzipiert, Modelle erstellt oder die Datenerhebung geleitet hat. Der maschinelle Lernansatz der Studie durchsuchte diese Hinweise, um zu ermitteln, wer wahrscheinlich das jeweilige Projekt geleitet hat. Die Methode ist hilfreich, weil große Konsortien oder wiederholte inkrementelle Arbeiten die Zahl der Veröffentlichungen in die Höhe treiben können, während Forschungsleitung eher die geistige Ausrichtung und die Festlegung der Forschungsagenda erfasst.

Mehrere voneinander unabhängige Indikatoren weisen auf Chinas rasanten Aufstieg bei besonders einflussreichen Arbeiten hin. Verschiedene Ranglistenmethoden, darunter solche, die den Anteil an den weltweit meistzitierten Arbeiten erfassen, zeigen, dass China schnell aufgeholt hat und den USA in einigen MINT-Bereichen nach manchen Maßstäben bei der Wirkung bereits voraus ist. Auch die Zahl der Patentanmeldungen aus China ist stark gestiegen und lag 2021 ungefähr doppelt so hoch wie die der USA. Diese Kennzahlen erfassen nicht alle Aspekte der Qualität, stimmen aber mit dem Signal zur Forschungsleitung überein, das sich in gemeinsamen Veröffentlichungen zeigt.

Von der Zusammenarbeit zum Wettbewerb: der Trend zwischen den USA und China

Chinas Anteil an der Leitung gemeinsamer Veröffentlichungen aus den USA und China stieg von 30 Prozent im Jahr 2010 auf 45 Prozent im Jahr 2023. Werden die Linien fortgeschrieben, treffen sie sich in wenigen Jahren. Der Wandel spiegelt Chinas wachsende Fähigkeit wider, Ideen hervorzubringen, komplexe Projekte zu finanzieren und Teams über verschiedene Einrichtungen hinweg zu koordinieren. Die USA verfügen unterdessen weiterhin über eine herausragende Forschungsinfrastruktur und Spitzenlabore.

Als Forschende eine Welt mit weniger Verbindungen zwischen den USA und China modellierten, stieg Chinas Anteil an der globalen Forschungsleitung statt zu sinken. Chinesische Teams leiten bereits viele Projekte mit Europa und in ganz Asien. Eine teilweise Entkopplung verlagert die Aktivitäten daher, statt sie zum Erliegen zu bringen. Peking nutzt auch das Bildungswesen, um künftige Kooperationen aufzubauen. Die Förderung von Stipendien, gemeinsamen Studiengängen und Gaststipendien im Rahmen der Neuen Seidenstraßeninitiative hat Talentnetzwerke geschaffen, die Chinas Labore inzwischen mit Hochschulen von Südasien bis Afrika verbinden. In den Publikationsdaten zeigt sich dies daran, dass China Kooperationen mit vielen dieser Länder leitet.

Talentströme und umgekehrte Abwanderung von Fachkräften

Über Jahrzehnte profitierten die USA vom stetigen Zuzug im Ausland ausgebildeter Forschender, insbesondere aus China. Dieser Vorteil gerät unter Druck. Zwischen 2010 und 2021 zogen fast 20.000 Wissenschaftler chinesischer Herkunft, die ihre Karriere in den USA begonnen hatten, in andere Länder. Die Zahl der Wegzüge stieg von 900 im Jahr 2010 auf 2.621 im Jahr 2021. Nach dem Start der China-Initiative im Jahr 2018 nahmen die Wegzüge um rund 75 Prozent zu. Bis 2021 entschieden sich etwa zwei Drittel der Forschenden, die das Land verließen, für eine Stelle in China. Befragte Wissenschaftler berichten von Sorge wegen Kooperationen und Förderanträgen. Viele sagen, sie fühlten sich als Forschende an Hochschulen weniger sicher.

In einer von Fachkollegen geprüften Analyse dieser Trends warnten die Autoren in den Proceedings of the National Academy of Sciences, das Klima könne die Fähigkeit der USA beeinträchtigen, Spitzenkräfte zu gewinnen und zu halten.

Die Vereinigten Staaten haben seit Langem von den Beiträgen eingewanderter Wissenschaftler profitiert, besonders von jenen aus China. Diese Entwicklungen gefährden die Fähigkeit der USA, wissenschaftliche Spitzenkräfte zu halten und zu gewinnen, und könnten ihre weltweite Führungsrolle in Wissenschaft und Technologie untergraben.

Auch Marcia McNutt, Präsidentin der US National Academy of Sciences, warnte, Chinas Wachstum bei Forschungsinvestitionen und Forschungsergebnissen übertreffe das der USA. Sie brachte die Sorge klar zum Ausdruck.

All das deutet für mich auf sehr besorgniserregende Trends hin.

Wo China zuerst aufholt

Der Wandel bei der Forschungsleitung ist besonders deutlich in Technologiebereichen, die Regierungen als strategisch einstufen. Die Studie, die US-Kennzahlen für kritische Technologien heranzog, kommt zu dem Schluss, dass Forschende aus China in acht von elf vorrangigen Bereichen, die von der National Science Foundation ausgewiesen wurden, noch vor 2030 bei der Forschungsleitung mit den USA gleichziehen dürften. Das bedeutet nicht, dass China die kommerziellen Märkte insgesamt beherrschen wird. Es signalisiert jedoch Stärke bei der Festlegung von Forschungsagenden und der Veröffentlichung besonders einflussreicher Studien.

Künstliche Intelligenz und Halbleiter

China hat seine Präsenz in der KI-Grundlagenforschung ausgebaut, von Architekturen des maschinellen Lernens bis hin zu Computer Vision und der Verarbeitung natürlicher Sprache. An vielen dieser Arbeiten sind große, fachübergreifende Teams und rechenintensive Experimente beteiligt. Bei Halbleitern ist China mit Hürden bei der hochmodernen Fertigung und beim Zugang zu bestimmten Werkzeugen konfrontiert. Chinesische Labore veröffentlichen jedoch zahlreiche Arbeiten zu Werkstoffen, Bauelementphysik und Entwurfsverfahren, die künftigen Chipgenerationen zugrunde liegen. Eine führende Position bei Veröffentlichungen garantiert keine Führungsrolle in der Fertigung, beeinflusst aber die wissenschaftliche Richtung, die neue Chips möglich macht.

Quantentechnologie

China betrachtet Quantentechnologie als nationale Priorität und hat dafür umfangreiche öffentliche Mittel bereitgestellt: rund 15 Milliarden US-Dollar. Das Land betreibt das weltweit größte Quantenkommunikationsnetz. Es erstreckt sich über etwa 12.000 Kilometer und reicht mithilfe von Quantensatelliten wie Micius bis ins All. Chinesische Forschungsgruppen veröffentlichen jedes Jahr mehr Arbeiten zur Quantentechnologie als jedes andere Land. Während die USA bei einigen Quantencomputing-Patenten und bei der Entwicklung durch die Privatwirtschaft weiterhin vorn liegen, ist China bei der Infrastruktur für Quantenkommunikation weit voraus. Zudem hat China öffentliche Forschungsinstitute und Staatsunternehmen zusammengeführt, um praktische Systeme einzusetzen.

Führende Vertreter der US-Industrie betonen, dass anhaltende Investitionen und ein integriertes Forschungsökosystem entscheidend sind, um Schritt zu halten. Eine prominente Stimme brachte es knapp auf den Punkt.

Um die amerikanische Führungsrolle zu behaupten, sind anhaltende Investitionen in die Grundlagenforschung erforderlich.

Biotechnologie und Gesundheitswissenschaften

China hat eine breite Biotech-Basis aufgebaut, gestützt auf großzügige öffentliche Förderung, Forschungscluster rund um Städte wie Shanghai sowie ausgeprägte Kompetenzen in der Auftragsforschung, der biotechnologischen Produktion und bei pharmazeutischen Wirkstoffen. Chinesische Labore veröffentlichen zunehmend einflussreiche Arbeiten zu Genomik, Zelltherapien und synthetischer Biologie. Die Behörden betrachten genetische Daten als strategische Ressource, schränken den Zugang von außen ein und bauen zugleich inländische Datensätze aus, die KI-gestützte Analysen ermöglichen. Viele chinesische Unternehmen sind bei fortgeschrittenen Produkten weiterhin auf Partner und Märkte im Ausland angewiesen, und die Erträge können durch die heimische Preispolitik begrenzt werden. Die Forschungslandschaft ist jedoch stark und zieht trotz wachsender geopolitischer Konkurrenz ausländische Investitionen und Partner an.

Im Bereich der öffentlichen Gesundheit und der medizinischen Forschung überschneidet sich Wissenschaft mit Diplomatie: Die Gesundheitsseidenstraße bündelt Projekte zu Krankheitsüberwachung, Genomik und klinischen Studien, die Chinas wissenschaftliche Präsenz in Schwellenregionen ausbauen. Der Ansatz ist umfassend und bringt militärische, zivile, akademische und wirtschaftliche Akteure zusammen, um langfristige Kapazitäten aufzubauen.

Energie und Werkstoffe

Chinesische Forschende veröffentlichen umfangreich auf dem Gebiet der Werkstoffwissenschaft, unter anderem zu Batteriechemie, Katalysatoren für Wasserstoff und Ammoniak sowie modernen Verbundwerkstoffen für leichtere und stabilere Strukturen. Die Entwicklung bei Energiespeichern und der Erzeugung neuer Energie spiegelt jahrelange kontinuierliche Investitionen und die wachsende heimische Nachfrage nach grüner Technologie wider. Ob Laborergebnisse zu globalen Produkten werden, hängt von Lieferketten, Standards und Kapitalzugang ab. Die politischen Entscheidungen aller Seiten spielen dabei eine wichtige Rolle.

Geld, Hochschulen und der Größeneffekt

Der Umfang der Förderung und Talentnetzwerke sind entscheidend für die Forschungsleitung. 2021 gaben die USA rund 806 Milliarden US-Dollar für Forschung und Entwicklung aus, China investierte etwa 668 Milliarden. Chinas Wachstumsrate war ungefähr doppelt so hoch wie die der USA. Zudem bringt China inzwischen weitaus mehr Doktoranden in MINT-Fächern hervor. Für 2025 wird erwartet, dass chinesische Hochschulen jährlich rund 77.000 Promotionen in MINT-Fächern vergeben, verglichen mit etwa 40.000 in den USA. China beschäftigt außerdem mehr Forschende als die USA und die Europäische Union zusammen. Diese Zahlen fließen in Kennzahlen zu Veröffentlichungen und Forschungsleitung ein.

Datenbanken für hochwertige Veröffentlichungen zeigen, dass China seinen Vorsprung bei Beiträgen zu ausgewählten Spitzenzeitschriften ausbaut. Den Daten für 2024 zufolge lag China mit deutlichem Abstand vorn, während der Anteil der USA sank, besonders in der Chemie und Teilen der Naturwissenschaften. Bei den Gesundheitswissenschaften liegen die USA weiterhin vorn und behaupten auch in den Biowissenschaften den ersten Platz. Der Abstand ist jedoch kleiner geworden, da Chinas Forschungsergebnisse in diesen Bereichen rasch zunehmen.

Chinas Hochschulsystem hat sich sowohl hinsichtlich seines Umfangs als auch seiner Qualität rasch weiterentwickelt. In einer bedeutenden globalen Rangliste für 2025 sind erstmals mehr chinesische als US-amerikanische Einrichtungen vertreten. Auch bei mehreren anderen globalen Ranglisten, die den Einfluss von Veröffentlichungen betonen, liegt China nach der Anzahl vorn. Spitzenuniversitäten wie Tsinghua und Peking sind in die Spitzengruppe aufgestiegen, während sich ein breiteres Feld regionaler Hochschulen auf KI, Quantentechnologie, Biotechnologie, neue Energietechnologien und Umweltwissenschaften konzentriert. Diese breite Basis bringt zahlreiche Nachwuchsforschende und Postdoktoranden hervor, die anschließend an nationalen Laboren und in der Industrie arbeiten.

Die US-Forschung ist weiterhin breit aufgestellt und innovativ, doch Unsicherheit bei den Haushaltsmitteln wirkt sich zunehmend nachteilig aus. Vorgeschlagene Kürzungen bei Bundesbehörden für Wissenschaft, darunter eine starke Reduzierung der Mittel für die National Institutes of Health, haben die Sorge vor einer Finanzierungslücke geschürt, die private Spenden voraussichtlich nicht vollständig schließen können. Auseinandersetzungen über politische Vorgaben und wechselnde Regeln für die Hochschulverwaltung haben manche Hochschulen zudem für ausländische Studierende und Lehrkräfte weniger attraktiv gemacht. Zusammen mit der verstärkten Überprüfung grenzüberschreitender Kooperationen drohen diese Faktoren, einen Talentvorteil zu untergraben, der die US-Führungsrolle über Generationen hinweg getragen hat.

Zusammenarbeit in einer Zeit der Entkopplung

Exportkontrollen für moderne Chips und andere Technologien sowie Beschränkungen in sensiblen Forschungsbereichen veranlassen Labore dazu, ihre Kooperationsnetzwerke zu überdenken. Europäische Regierungen verschärfen in einigen Bereichen die Prüfungen und bemühen sich zugleich, in anderen offen zu bleiben. China hat eigene Exportkontrollen und Beschränkungen für den internationalen Austausch in ausgewiesenen strategischen Bereichen eingeführt. Die Zusammenarbeit endet nicht, sie wird umgeleitet. Das Modell zur Forschungsleitung in der neuen Studie legt nahe, dass Chinas Anteil an der Leitung globaler Projekte selbst dann weiter steigen würde, wenn sich die Beziehungen zwischen den USA und China weiter abschwächen: Chinesische Teams leiten häufiger Projekte mit Partnern in Europa, Südasien und anderen Regionen.

Auch Bildungsdiplomatie spielt eine Rolle. Seit 2012 hat China große Gruppen internationaler Studierender gefördert, insbesondere aus Afrika und Südasien. Bis 2018 kam fast die Hälfte der ausländischen Studierenden in China aus diesen Regionen. Inzwischen zeigen die Publikationsdaten, dass China in vielen Ländern der Neuen Seidenstraßeninitiative Kooperationen leitet. Diese Beziehungen schaffen Vertrautheit, gemeinsame Ausbildung und wiederholte Partnerschaften, die sich einige Jahre später in den Kennzahlen zur Forschungsleitung niederschlagen.

Die Festlegung von Standards und Normen wird zu einem neuen Wettbewerbsfeld. China baut sein Quantenkommunikationsnetz aus und strebt internationale Partnerschaften an, während westliche Regierungen auf vertrauenswürdige Lieferketten und gemeinsame Protokolle unter Verbündeten setzen. Zersplitterte Ökosysteme können die Verbreitung von Ideen verlangsamen und zu Inkompatibilitäten führen. Enge wissenschaftliche Beziehungen zwischen gleichgesinnten Ländern können dieses Risiko mindern. Ein anhaltender Rückgang grenzüberschreitender Kooperationen dürfte den Fortschritt jedoch in Bereichen bremsen, in denen Größe und vielfältige Fachkenntnisse entscheidend sind.

Was den Kurs verändern könnte

Politische Entscheidungen können die Entwicklung auf beiden Seiten beeinflussen. Für die USA könnten mehrere Maßnahmen dazu beitragen, die Führungsrolle zu behaupten. Eine kontinuierliche und verlässliche Förderung der Grundlagenforschung und anwendungsorientierten Forschung ist unerlässlich, besonders in Bereichen wie KI, Quantentechnologie, sauberer Energie und modernen Werkstoffen. Die Entwicklung von Fachkräften muss über die gesamte Ausbildung hinweg gefördert werden, von Community Colleges und Ausbildungsprogrammen bis hin zur Promotion. Eine moderne Einwanderungspolitik, die Forschende willkommen heißt und Visaverfahren vereinfacht, könnte die Anziehungskraft für Talente wiederherstellen. Förderverfahren lassen sich so anpassen, dass unnötige Komplexität abgebaut und Sorgen verringert werden, die Forschende von Kooperationen oder Anträgen abhalten. Ein Schutz der Forschungssicherheit, der zugleich Offenheit für legitime Partnerschaften wahrt, würde tatsächlichen Risiken begegnen, ohne den USA internationale Talente zu entziehen.

Die Zusammenarbeit mit Verbündeten kann dort für zusätzliche Kapazitäten sorgen, wo einzelne Länder an ihre Grenzen stoßen. Gemeinsame Testumgebungen, interoperable Standards und koordinierte Investitionen können den Weg von Laborergebnissen zu kommerziellen Systemen in den Bereichen Quantentechnologie, Biotechnologie und saubere Energie erleichtern. Vertrauensbildende Maßnahmen, transparente Leitplanken für sensible Arbeiten und gegenseitige Vereinbarungen zum Datenzugang in Bereichen mit geringem Risiko können dazu beitragen, die Vorteile offener Wissenschaft zu bewahren.

Für China bedeutet anhaltender Erfolg in der wirkungsstarken Forschung nicht automatisch, die globalen Märkte zu beherrschen. Kommerzieller Erfolg hängt von vertrauenswürdigen Lieferketten, dem Schutz geistigen Eigentums und dem Zugang zu Kunden und Investoren im Ausland ab. Die heimische Preis- und Erstattungspolitik beeinflusst, wie viel Kapital für risikoreiche Innovationen im Gesundheitswesen zur Verfügung steht. Entscheidungen, die offene Kooperationen in Bereichen mit geringem Risiko fördern und zugleich klare Regeln für strategische Sektoren aufrechterhalten, würden Reibungsverluste verringern und die weltweite Nutzung chinesischer Forschungsergebnisse beschleunigen.

Wichtige Punkte

• China leitete 2023 45 Prozent der gemeinsamen wissenschaftlichen Arbeiten aus den USA und China, gegenüber 30 Prozent im Jahr 2010. Bis 2027 oder 2028 dürfte China mit den USA gleichziehen.
• Die Kennzahl zur Forschungsleitung nutzt maschinelles Lernen, um anhand von Beitragsangaben und Autorenschaftsrollen zu ermitteln, wer eine Studie geleitet hat.
• Modellrechnungen zeigen, dass eine Entkopplung der Wissenschaft zwischen den USA und China Chinas Anteil an der globalen Forschungsleitung erhöhen würde, da chinesische Forschende häufiger Kooperationen mit Partnern außerhalb der USA leiten.
• China dürfte noch vor 2030 in acht von elf kritischen Technologiebereichen, die von der National Science Foundation erfasst werden, bei der Forschungsleitung mit den USA gleichziehen.
• China hat seine Forschungsergebnisse und deren Wirkung in den Bereichen KI, Halbleiterforschung, Quantenkommunikation und Werkstoffwissenschaft ausgebaut.
• China investiert rund 15 Milliarden US-Dollar an öffentlichen Mitteln in Quantentechnologie und betreibt ein 12.000 Kilometer langes Quantenkommunikationsnetz, das durch Quantensatelliten unterstützt wird.
• Zu Chinas Stärken in der Biotechnologie zählen Auftragsforschung, pharmazeutische Wirkstoffe und wachsende Kompetenzen in der Genomik und bei Zelltherapien. Bei der kommerziellen Nutzung fortgeschrittener Produkte ist das Land jedoch weiterhin auf Auslandsmärkte angewiesen.
• Die Ausgaben der USA für Forschung und Entwicklung beliefen sich 2021 auf rund 806 Milliarden US-Dollar, gegenüber 668 Milliarden US-Dollar in China. Chinas Wachstumsrate war ungefähr doppelt so hoch wie die der USA.
• China hat seinen Vorsprung bei Beiträgen zu ausgewählten Spitzenzeitschriften ausgebaut. Die USA liegen bei den Gesundheitswissenschaften weiterhin vorn und behaupten ihre Stärke in den Biowissenschaften.
• Die Zahl der Forschenden chinesischer Herkunft, die die USA verlassen, stieg nach 2018 um rund 75 Prozent. Viele nannten Sorgen wegen Kooperationen und Förderverfahren als Grund.
• China hat seit 2012 rund 33,3 Milliarden Yuan für die Ausbildung ausländischer Studierender bereitgestellt, vor allem aus Afrika und Südasien. Das stärkt Forschungsnetzwerke, die von China geleitete Kooperationen fördern.
• Zu den Möglichkeiten der USA, ihre Führungsrolle zu sichern, gehören eine verlässliche Förderung, eine talentfreundliche Einwanderungspolitik, vereinfachte Förderregeln und eine bessere Forschungssicherheit bei gleichzeitiger Offenheit für Kooperationen mit geringem Risiko.