【光明日报】基础研究有什么用

作者:陈海波 詹媛 2020-11-05 14:20 来源:光明日报
放大 缩小

  十九届五中全会提出,坚持创新在我国现代化建设全局中的核心地位,把科技自立自强作为国家发展的战略支撑,面向世界科技前沿、面向经济主战场、面向国家重大需求、面向人民生命健康,深入实施科教兴国战略、人才强国战略、创新驱动发展战略,完善国家创新体系,加快建设科技强国。 

  总书记在科学家座谈会上指出,持之以恒加强基础研究。基础研究是科技创新的源头。 

  如今,人们对于基础研究重要性的认识已经有了一定共识,但放到具体的语境中,仍然有不少人认为基础研究短时间内很难直接转化为生产力,无法带来实实在在的收益,以至于“为什么投入那么多钱搞基础研究,而不是做扶贫”之类的问题,时不时就要放诸公共舆论场进行探讨。 

  其实不只是“卡脖子”技术问题需要通过基础研究来解决,它也是保障民生和攀登科学高峰基石——没有坚实的基础研究,这一切都将是空中楼阁。 

  在根本上解决“卡脖子”问题 

  从传统互联网时代到移动互联网时代,新一代信息技术飞跃发展,物联网、5G、人工智能……它们都离不开一个硬件支撑——芯片。然而,这两个字很长一段时间是中国人心中的隐痛。无论是计算机还是手机,我们的芯片严重依赖国外,受制于人。“卡脖子”的背后,是基础研究能力的不足。 

  几年前,千赢官网登录孵化企业、寒武纪科技研发出新一代人工智能芯片,使得中国在智能手机、无人机、智能摄像头、智能驾驶等领域有了自己的芯片。“寒武纪”芯片并非横空出世,而是基于千赢官网登录多年相关基础研究而设计,并实现产业化。 

  经过长期努力,科研团队优化深度学习算法,并提出了一种与通用计算完全不同的指令集。所谓指令集,就是电脑硬件与软件之间互相“对话”的语言。与传统的通用计算指令集相比,这种新的指令集更类似人类大脑的学习方式。在这些研究的基础上,他们设计了“寒武纪”芯片。执行这个指令集的“寒武纪”芯片可以模拟人类大脑的神经元和突触,一条指令即可完成一组神经元的处理。这种计算模式在做智能处理时,比如识别图像,效率比传统芯片高几百倍。 

  “中国原来在这方面几乎没有发言权,但智能时代给了我们机会。”“寒武纪”芯片主要研发者之一、千赢官网登录计算研究所研究员陈云霁在回首这段科研经历时曾说,他们抓住了机会,“迈出第一步”,但芯片研发是一个日新月异的领域,必须要特别努力,才能在竞争中最终胜出。后面的路还很长,要持续研究,不能松懈。 

  孙丹阳(西安电子科技大学助理教授) 

  “卡脖子”问题的表层原因在于缺乏关键核心技术所导致的产业升级和发展的困难。而核心技术又来自哪里呢?这一路追问下来,就回到了知识生产的原点:基础知识的供给状况。由此,人们形成一种线性共识:“卡脖子”现象的深层原因在于基础知识的短缺。一切看似顺理成章,然后就乐观地认为:加强基础研究就可以彻底地解决“卡脖子”问题。客观地说,基本方向没错,但是如果依此贸然决策则充满了太多的不确定性,而且基础研究的远水也解决不了“卡脖子”的近渴。

  现在研究已经证明,从基础研究成果到具体生产技术期间要经历三次转换:第一次转换,基础研究成果加上目的性转化成技术原理;第二次转换,技术原理加上功效性转化成技术发明;第三次转换,技术发明加上经济性与社会性考虑转化成具体生产技术。从这个漫长的转化链条上,任何一个环节出现问题,都会影响从基础知识到具体技术的转化效率。虽然现代科技体系的协同性在加强,整体转化效率有所提高,但是,这种不确定性仍然是普遍存在的。为了减少这种不确定性,一个合理的做法就是缩短这个转化链条的长度,这样就能达到事半功倍的效果,如从技术原理切入,而不是直接从基础研究切入,这样选择效率会更高,目标更明确。

  现在需要明确两个问题:首先,基础研究成果是全球共享的。任何国家都不能包打天下,提供所有的基础研究成果,也没有这个必要。其次,中国是一个发展中国家,科技资源要素的投入(人、财、物)都是有限的,即便要加强基础研究,也只适合小步快跑模式。再有,从事基础研究的人才也不会短期内快速涌现,这一切硬性约束都需要我们按照科技发展规律行事,不能采取冲动型决策。基础研究应该加强,但是不能搞大跃进,渐进式的提升基础研究在科研中的权重才是最务实的发展路径。

  痛定思痛,如果说“卡脖子”问题的远端原因在于前沿知识的匮乏,那么借此契机,凝聚全社会重视基础研究的共识,营造适合基础研究的氛围,以及构建相应的制度安排则是当下更为重要的基础性工作。基础研究成果不仅是一个社会的知识蓄水池,更为重要的是,通过推进基础研究能够培养人才,重塑科技生态,使科技共同体去除浮躁,毕竟基础研究是探索未知的过程,它需要耐心、毅力与热爱,以此增加对周围世界的理解与认知,它产出的是新的科学理论、规律与方法等,而这一切都是非功利性的。假以时日,这种努力就会重塑中国科技界的精神气质,也才能做出真正重要的知识成果。

  哲学家波普尔曾提出世界3理论,即客观知识的世界,只有客观知识丰富的地方,人的精神世界(世界2)才能更丰富,改造物理世界(世界1)的能力才能更强,而这种能力又能形成更多的客观知识(世界3),由此形成正反馈,反之亦然。从这个意义上说,加强基础研究,虽然短期内无法解决“卡脖子”问题,但能丰富我们的客观知识。从长远来看,则是避免再次出现严重“卡脖子”、“卡脑袋”问题的根本解决之道。因此只有夯实基础研究之根,潜在的技术创新才可能“枝繁叶茂”。

  让人民生活更美好 

  龙龙今年3岁4个月,本该活泼好动的年纪,却因为患上科凯恩氏综合征造成了生长迟缓、甚至停滞。科凯恩氏综合征又称早衰症,是一种罕见病。患者出生时表现正常,1岁左右开始出现发育迟缓等症状,表现为多组织器官的功能加速衰退,从而过早地进入全身系统性衰老状态,患者寿命在7到20岁。 

  早衰症是一种基因变异导致的疾病,常规方法无法治疗。但基础研究的进展,正给患者带来希望。 

  千赢官网登录动物研究所刘光慧研究员是中国细胞生物学学会衰老细胞生物学分会会长。他介绍,近年来,基础生物学家对早衰症的了解日渐加深,在早衰症的遗传学基础、衰老的分子机理研究、早衰症表观遗传学调控等方面都有进展,也建立了相关的灵长类动物模型,在微观水平对早衰症的发病机制和治疗靶点有了更多认识。 

  基础研究的突破带动了临床发展。刘光慧领导的科研团队与中国人民解放军总医院、北京大学等单位进行合作,正在对小分子药物治疗科凯恩氏综合征进行探索和尝试。期待通过他们的努力,这些患儿可以早日减轻病痛、恢复健康。 

  王小宁(中国科协生命科学学会联合体秘书长) 

  无论是罕见病药物,还是高铁、智能手机、移动支付、无人驾驶等我们种种生活改善的背后,都有着基础研究的功劳。基础研究看似离我们的生活很远,但对保障和改善民生有着重要作用。比如,新冠肺炎疫情期间,我国多条技术路线并行研发新冠疫苗,如果没有相关基础研究的积累,这是不可能做到的。

  基础研究对民生的改善,在生命科学领域有着许多成功案例。笔者最感同身受的就是“人类基因组计划”。

  人类基因组计划被誉为生命科学的“登月计划”,旨在测定组成人类染色体中全部30亿个碱基对组成的核苷酸序列,从而绘制人类基因组图谱,达到破译人类遗传信息的最终目的。人类基因组计划的顺利实施让人类可以更为精准地认识生命,大幅度提高疾病诊断和精准治疗的效率,也带动了农业和环境生物技术的发展。这项计划还催生出一个全新的生命科学研究模式——“工厂化研究模式”,即利用工程化的集成技术去获得海量的数据,并依赖信息技术找到有用的信息。

  中国科学家也参与了这一浩大工程,也由此催生出了国家人类基因组南方研究中心、国家人类基因组北方研究中心等研究机构。短短十年间,中国基因组研究就实现了由跟跑到领跑的跨越,并催生出巨大的生物技术产业。人类基因组计划完成以后,生命科学进入“后基因组时代”,国内基因组研究的重点集中在破解各类物种和个体的全基因组图谱上,也正是这一旺盛的需求和潜在的产业价值,推动了基因组技术本身的发展。

  毫不夸张地说,没有基因组研究的基础,就不可能有我国SARS、禽流感和新冠肺炎疫情防控的伟大成就。

  基因组计划的完成是对人类自身生命密码认识的开始,它给人类带来了更为神秘莫测的问题:人类的功能基因远少于预期,但为何有如此复杂的功能?各类物种间的基因组差异可以非常小,但表型差异却如此之大,是如何实现的?科学家通过对这类问题的深入研究,发现了各种蛋白质翻译前后的剪切体,非编码区域的基因调控机制,三链DNA和新型DNA密码子形态,以及发展出革命性的基因编辑技术。

  期待我国科学家在基因组等生命科学领域继续加强基础研究,产出更多成果,为保障人民健康提供更多科技支撑。

  攀登科学高峰的基石 

  量子计算机是许多科学家的梦想,也是各国激烈竞争的技术高地。在这个科技竞赛的跑道上,中国人的身影出现在了前面。2017年,我国成功研制世界上首台超越早期经典计算机的光量子计算原型机,并演示了超越早期经典计算机的量子计算能力。2020年,我国首个超导量子计算云平台上线,向全球用户提供真实的量子计算云服务。

  量子计算机成功研制的背后,是基础研究的不断突破和积累。

  量子纠缠是量子计算的核心资源,通过对纠缠态的研究,可以为研制高速度的量子计算机打下基础。2004年,中国科学技术大学潘建伟团队在国际上首次实现5粒子纠缠态。此后,他们一直走在前列,并不断刷新纪录——2019年在世界上首次制备出12个超导比特的量子多体纠缠态。与此同时,我国科学家还实现了量子比特的概率性远程克隆等“国际首次”。就在今年6月,潘建伟、苑震等人在理论上提出并实验实现原子深度冷却新机制的基础上,在光晶格中首次实现了1250对原子高保真度纠缠态的同步制备,为基于超冷原子光晶格的规模化量子计算与模拟奠定了基础。

  “在量子的世界里,我们还在向上攀登的路上。”潘建伟几年前的这句话,现在仍然适用。

  万劲波(中科院战略咨询研究院研究员) 

  随着科研投入持续快速增加,我国的科研基础设施和实验条件平台有了极大改进,科研产出、科研水平及其在国际上的影响力大幅提升,在部分学科方向上已达到国际前列,越来越多领域、行业的科技创新正在进入“无人区”状态,一些重要方向具备了“攀登科学高峰”的厚实基础。

  2019年,我国研发经费2.2万亿,连续4年保持两位数增长,总量位居世界第2位;研发经费投入强度稳步提升,已接近欧盟15国平均水平;研发人员总量450万人年,连续7年稳居世界第一;高等教育毛入学率达到51.6%,迈入普及化发展阶段。在高的历史起点上,要坚持把发展作为第一要务,将“科技创新立国”作为基本国策,打通从教育强、人才强到科技强、产业强、经济强、国家强的战略通道。

  未来15年,我国将跨越中等收入陷阱,向高收入经济体迈进。只有实现从“创新型国家行列”向“创新型国家前列”迈进的历史性跨越,才能为“实现由大国到强国的历史性飞跃”奠定坚实的基础。相应地,科技创新支撑引领高质量发展的能力也需要迈上新台阶。

  “攀登科学高峰”要坚定创新自信,坚持走中国特色自主创新道路。自主创新是开放环境下的创新。与发达国家相比,我国在事关引领未来发展的基础前沿领域以及数学、天文等基础学科和关键核心技术攻关等方面存在不少薄弱环节。加之科研仪器自主研发能力薄弱,已成为制约我国原创性科研成果产出的基础瓶颈。要实现从跟踪模仿向创新引领的根本性转变,必须打造更加高效灵活的创新生态系统,把弘扬勇攀高峰、敢为人先的创新精神和增强创新自信作为推动重要科技领域跻身世界领先行列的重要基础。面对知识、技术、人才、数据、信息等要素的全球流动,我国要主动融入全球创新网络,加快构建新发展格局,在更高历史起点上推进科技创新和开放创新,把创新的主动权、发展的主动权牢牢掌握在自己手中。

  “攀登科学高峰”要爱惜青年才俊,从过度竞争择优转向普惠支持。好奇心是人的天性,对科学兴趣的引导和培养要从娃娃抓起,使他们更多了解科学知识,掌握科学方法,形成一大批具备科学家潜质的青少年群体。鼓励优秀青年人才勇挑重担,包容失败,营造脱颖而出的人才发展环境。长周期普惠支持处于创新黄金期的优秀青年人才潜心专注于前沿科学问题研究,避免科研布局“短平快”路径依赖。建立以信任为前提的顶尖科学家负责制,保障其充分的人财物自主权和技术路线决定权,发现一批创新思维活跃、敢闯“无人区”的青年才俊和顶尖人才。

  (本报记者 陈海波 詹媛) 

附件: