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中国科技在哪些方面领跑世界?又在哪些方面并跑和跟跑

发布时间:2022-08-08 09:00 作者:147小编 点击: 【 字体:

来源:微信公众号共青团中央(ID:gqtzy2014)综合整理自微信公众号风云之声(ID:fyvoice)、微博@共青团中央。部分文字来自于中国制造日演讲文字实录,观点供分享参考。

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中国科学技术大学合肥微尺度物质科学国家研究中心副研究员袁岚峰在第六届中国制造日发表《中国科技的领跑、并跑与跟跑》主旨演讲

中国科技在哪些方面是领跑,哪些方面是并跑,哪些方面是跟跑。

要谈这个问题,首先需要想清楚一个基本道理:只要你的限定词足够多,那么你总可以达到领先。比如说,一级学科物理学你是落后的,那么可以看二级学科高能物理。如果高能物理你还是落后的,那么可以看高能物理中的某个领域,比如说中微子物理。如果中微子物理你还是落后的,那么可以再看中微子物理的某一部分,比如说对中微子振荡第三种混合角θ13的测量。到这个细分领域,我们终于是领先的了。

中微子是一种基本粒子,已知它分为三类:电子中微子、缪子中微子和τ子中微子。奇妙的是,一种中微子在传播过程中会自发地变成其他两种,好比一个人走着走着忽然变成了兄弟三人,然后再变回来,周期性地来回变,这就叫做中微子振荡。

描述它们的互相转变需要三个参数,就是三个混合角θ12、θ23和θ13。其中最小也最难测的是θ13。前面两个都被外国测出来了,中国的大亚湾中微子实验在2012年抢到了θ13,发现sin22θ13约等于0.092。它不为零,就意味着存在一种新的中微子振荡模式,所以这是一个巨大的成果。

这项成果虽然还得不了诺贝尔奖,但已经是国际一流了,获得了许多大奖,因为θ13确实是大自然的一个基本常数。而在新闻报道中常见的情况是,通过加很多限定词,达到一个意义远没有这么大的领先,比如说第一次在条件A、B、C、D下实现某件事。如果A、B、C、D还不够呢?那再加个E!

我们在媒体上看到的中国科技成果已经很多了,但其中大部分就属于这类。所以大家可以记住一个普遍道理:限定词越多,重要性就越低。毕竟,谁都不可能穷尽所有事情,你总可以找到别人没做过的去做,然后宣布自己领跑。但如果是在一个很大的领域实现领跑,不需要加一堆限定词,那意义显然就大多了。比如说什么时候我们能简单地宣布中国在物理学这个一级学科上领跑,那就真的厉害了。

了解了这些基本道理,我就可以告诉大家一件真正惊人的事了:有一个很大的领域,中国整体上是处于领跑地位的,这个领域就是——量子信息。

量子信息是什么?对它最好的介绍来自——美国政府。

不久前的11月24日,美国商务部发布了一个实体清单,对全球27个机构和个人进行了贸易禁运,其中包括中国的12个机构。美国商务部的主要理由,是说它们的量子科技威胁美国的国家安全。美国商务部的新闻标题里就有quantum(量子)这个词。

具体而言,理由是防止美国新兴技术被用于中国支持军事应用的量子计算努力,例如反隐形和反潜的应用,以及破解密码或发展不可破解的密码的能力。

为什么发展不可破解的密码会威胁美国的国家安全?我的秘密不让你看就威胁你的安全了?这是什么道理?这恐怕就要去问斯诺登和阿桑奇了。

量子信息包括量子通信、量子计算和量子精密测量三大块。不可破解的密码属于量子通信,破解密码属于量子计算,反隐形和反潜属于量子精密测量。美国政府的担心,正说明中国在这三个方向都取得了不少成果。

在这份实体清单中,最神奇的是,有一家企业居然上榜了两次!它就是位于合肥的科大国盾量子技术股份有限公司(简称国盾量子,就是这里的QuantumCTek),以及它位于上海的全资子公司上海国盾(Shanghai QuantumCTek)。母公司和子公司要禁两次,真是令人想起那句话:我就喜欢你看我不爽又干不掉我的样子。

国盾量子的技术来自哪里呢?就来自我国的研究机构——合肥微尺度物质科学国家研究中心(简称微尺度)。该机构与华为、中芯国际、天津大学、航天动力技术研究院等很多单位一起,成为了美国制裁的受害者。

这个实体清单还有一个意外的效果。以前有很多民科说量子是伪科技。但现在,有美国政府给我们作证,说量子是真科技。这个背书真是千金难买。这说明微尺度确实研发了许多重要的科技,确实对国家有很大的贡献。

简单而言,中国在量子通信方面毫无疑问是世界领先的,领先欧洲3至5年,领先美国5至8年。在量子计算方面,中国跟美国组成第一方阵。所以总体上,量子信息是中国极少数的处于领跑地位的大的科技领域之一。

中国还有哪些领域是领跑的?

可能另一个比较大的领域是通信的5G技术。确实,从各种指标看来,中国的5G都是领先的。

可能还有不少人会提名可控核聚变。最近问了核聚变的院士,他的回答是:整体并跑,30%领跑。我又问他领跑的30%是哪些?回答是:超导、电源、控制。

中国还有一个领先领域,不只是领先,而且是开创。这个领域叫做超高能伽马天文学。今年5月,中国科学院高能物理研究所宣布,位于四川稻城海子山的高海拔宇宙线观测站拉索(LHAASO)开启了超高能伽马天文学的时代。

为什么能做到呢?因为拉索是全世界目前最强的宇宙线探测器,它在超高能段的性能不但超过以前的所有探测器,而且超过其他国家在构想中的所有探测器。因此,国际专家预测,在未来至少十年的时间里,拉索将主导伽马射线天文学。

现在我国在许多领域的探测器方面都在快速进步,例如世界最大的单口径射电望远镜FAST,世界最大的液体闪烁体中微子探测器江门中微子实验(JUNO),探测宇宙大爆炸最初信号的阿里原初引力波偏振望远镜(AliCPT),探测暗物质的悟空卫星(DAMPE),探测硬X射线的慧眼卫星(HXMT),以及在太空探测引力波的太极计划和天琴计划,等等。随着这些探测器的进步,我国在这些领域的成果可望出现井喷。基本道理是:工欲善其事,必先利其器。

总之,中国领跑的领域确实已经能数出不少了。不过其中大的领域还很少,大部分属于细分领域。比如说,没有人会说中国的航天是领跑的,但2019年嫦娥四号登陆月球背面确实是全人类第一次做到的。如果像量子信息这样的大的领先领域多起来,我们才能说中国成为了世界科技发展的引擎。

下面我们来问,中国哪些领域是并跑的?

其实这个问题几乎答不完,因为并跑的领域实在太多了。我们来看一些统计。

我多次引用过自然指数(Nature index),它是《Nature》杂志制定的一种简单而比较客观的指标,用来衡量各个国家或各个研究机构的基础研究产出。2020年,中国的自然指数排在第二位,仅次于美国,美国是中国的1.45倍。第三位是德国,中国刚好是德国的3.00倍。

再来看分学科的统计。自然指数统计的学科有四类:化学、地球与环境科学、生命科学和物理科学。请注意没有数学,也就是说自然指数统计的是狭义的自然科学,即经验科学。

在化学方面,第一是中国,而不是美国。美国排在第二位,中国是美国的1.46倍。这是唯一的一个美国不是第一的学科。

其他三个学科都是美国第一、中国第二,美国相对于中国的倍数是:地学1.48倍、生物5.14倍、物理1.27倍。是的,生物的第一是第二的5.14倍!可见在生物方面,美国是一骑绝尘。而在地学和物理方面,差距就小得多了。

看了这个统计,我们也许会说,中国在化学这个一级学科是领跑的。不过反对意见也是显而易见的:中国人还没得诺贝尔化学奖呢!原因显然是,自然指数衡量的是增量,而不是存量。我们只是现在增长快,但历史欠账太多。因此,我们可以谦虚一点,说在化学方面中国整体上是并跑的,同时在其中的若干子领域领跑。例如中国科学家唐本忠院士发现了一个现象,叫做聚集诱导发光。这成了纳米发光领域最大的热点之一,2020年全世界发了6000多篇论文。

最后,我们来问:中国在哪些领域是跟跑的?

中国被卡得最严重、追赶最困难、影响最广泛的领域,就是芯片。更具体地说,是芯片制造。再具体地说,是芯片制造所需的设备,如光刻机。

我们应该把注意力集中在建设性的事上,如加强数理化教育,提高芯片业者的收入,改善科技体制,组织科技攻关,大力培养人才,引进人才。只有踏踏实实地做这些实事,才能让我国早日解决芯片问题,以及任何卡脖子问题。

袁岚峰说:我在刚开始科普工作的时候,经常讲中国的成绩,而现在经常讲中国的不足。为什么呢?因为以前我们很落后,需要多看成绩,鼓起希望。而现在所有人都知道中国很强大,所以我们应该多看不足,找到前进的方向。在弱小时看到希望,在强大时看到不足,胜不骄,败不馁,我想,这才是真正强者的思维,才是真正的自信。

编  辑丨吴易唯

校  对丨王紫芸

校  审丨孙小千

值班编委丨汤

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