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下一块诺奖敲门砖在哪里?

(2016-04-18 09:58:02)

继青蒿素摘得诺奖桂冠之后,中国科技领域还有哪些诺奖级别的研究成果?如果诺奖再次来敲门,谁会是下一个捧杯者?
下一块诺奖敲门砖在哪里?


忽如一夜春风来,满街尽传屠呦呦。
朝也思来暮也盼,中国终于出现第一位获得诺贝尔科学奖的本土科学家,这个喜讯为国庆长假画了个喜庆句号。
屠呦呦获奖消息传来,中国中医科学院沸腾了,这是她的工作单位;故乡宁波沸腾了,旧居成为景点,民众争相拍照;连浙江义乌葛仙村也沸腾了,为嘛?据传,东晋葛洪曾在这里炼丹多年。
于是乎,“呦呦鹿鸣,食野之苹”的名字出处被搬了出来,给了她灵感的葛洪《肘后备急方》销量陡增,中医、青蒿成了网民议论最多的话题。
从莫言到屠呦呦,西方是不是重新发现中国,愿意和咱们愉快地做朋友了?这确实是个可以讨论的话题,且留着慢慢发酵。
倒是有一个话题更紧迫更实际——青蒿素之后,中国是否能持续地产生出诺奖级别成果?当我们沉浸在屠呦呦获奖时,应该意识到,一个诺奖不能证明中国的科研实力已经领跑世界——毕竟还是四十年前的成果。
如同男子百米在体坛的突破一样,中国近年来加大了科技领域的赶超力度,在技术研发、基础理论诸多方面,实现了对发达国家的全面追赶甚至局部赶超。
问题来了,我国科技战线上的局部赶超有哪些?如果诺奖再次来敲门,谁会是下一个捧杯者?

量子通信:颠覆传统通讯与计算

量子通信是指利用量子纠缠效应进行信息传递的一种新型通讯方式。量子纠缠是指相距遥远的两个量子所呈现出的关联性。科学家发现,处于特定系统中的两个或多个量子,即使相距遥远也总是呈现出相同的状态,当其中一个量子状态改变时,其他量子也会随之改变。
在量子纠缠的帮助下,传输量子携带的量子信息可以被瞬间传递并被复制,因此就相当于科幻小说中描写的“超时空传输”,量子在一个地方神秘地消失,不需要任何载体的携带,又在另一个地方神秘地出现。
1993年,量子通信概念被提出;同年,6位来自不同国家的科学家,提出了利用经典与量子相结合的方法实现量子隐形传送的方案。
1997年,在奥地利留学的学者潘建伟与人合作,首次实现未知量子态的远程传输。这是国际上首次在实验上成功地把一个量子态从甲地的光子传送到乙地的光子上。
2001年,潘建伟回国组建实验室,14年来,他所带领的团队,使我国在量子信息研究领域迅速走到世界前列。
2012年和2014年,潘建伟团队分别建成了国际上规模最大的量子通信网络“合肥城域量子通信试验示范网络”和“济南量子通信试验网”,标志着大容量的城域量子通信网络技术已经成熟。
眼下,在中国科技大学上海研究院,潘建伟和他的团队正在为世界首颗量子通讯卫星的正样“出世”而紧张忙碌着。“量子科学实验卫星”还将实现高速星地量子通信并连接地面的城域量子通信网络。
2016年底前,千公里光纤量子通信骨干网工程“京沪干线”项目将交付,将推动量子通信技术在国防、政务、金融等领域的应用。
“在量子通信领域,中国用了不到十年的时间,由一个不起眼的国家发展成为现在的世界劲旅,将领先于欧洲和北美。”这是英国《自然》杂志对潘建伟团队研究成果的评价。

粒子物理:领航基础科学研究前沿

2013年3月15日,美国《科学》杂志刊发了清华大学薛其坤院士领衔、清华大学物理系和中科院物理所联合实验团队的成果——从实验上首次发现量子反常霍尔效应。在物理学家杨振宁看来,这是一个诺贝尔奖级别的物理学论文。
从20世纪80年代开始,有关“量子霍尔效应”的研究已数次斩获诺贝尔奖。但“量子反常霍尔效应”,却一直进展缓慢,全世界物理学家都在苦苦探索。
什么是量子反常霍尔效应?薛其坤做过通俗的比喻——如果把电子比作人,计算机芯片里的电子运动是无规律的,就像人行走在农贸市场,会走弯路、碰到人,会发热,效率不高。而量子霍尔效应是一条高速路,电子可以分车道分方向前进,不过普通量子霍尔效应的产生需要强磁场,成本昂贵。量子反常霍尔效应的好处在于不需要任何外加磁场,因此这项研究成果将推动新一代低能耗晶体管和电子元器件的发展,可能加速推进信息技术革命进程。
薛其坤论文发表之后的两年多时间里,麻省理工学院和斯坦福大学等4所国际高校的研究团队,相继复现了这一实验结果,进一步证明了实验的可靠性。
近年来,中国在基础前沿研究领域创新水平迅速提升,典型作品是大亚湾反应堆中微子实验,这个中国发起的重大国际合作项目,2011年开始运行,有6个国家和地区的40多个机构、250多位科学家、工程师参与建设和合作研究。2012年,确认了新的中微子震荡模式,取得了世界领先水平的实验成果。
《华尔街日报》的消息称,大亚湾反应堆中微子实验工程,以王贻芳为首的中国物理学家为中国粒子物理学的发展提出了一项雄心勃勃的长期计划。这项计划中包括建造“大对撞机”。
“这项预计为期30年的计划的总耗资将是巨大的——数以十亿美元计。但是,收益也将是巨大的。中国将一举跃升到基础科学的一个重要的前沿领域的领导者位置。”

高性能计算:世界超算五连冠

关于高性能计算,引用一则新闻——
商务部、海关总署发布联合公告,为维护国家安全,自8月15日起,对部分无人驾驶航空飞行器和高性能计算机实施出口管制。
长期以来,欧美发达国家一直维持着高科技产品的对华出口禁令。这一次,中国对高性能计算机实施出口禁令,这透露了什么信息?答案不言而喻,国产自主计算技术已有了重大突破。
中国研制的天河计算机运算速度与能效均达到国际领先水平。2010年11月,“天河一号”在全球超级计算机500强排行榜中名列首位;2013年研制的“天河二号”连续五次排名第一,是目前全球运算速度最快的超级计算机,持续计算速度为每秒3.39亿亿次、峰值计算速度为每秒5.49亿亿次。今年5月,中国科学家在“天河二号”上成功进行了3万亿粒子数中微子和暗物质的宇宙学数值模拟,揭示了宇宙大爆炸1600万年之后至今约137亿年的漫长演化进程。
2014年,“天河二号”超级计算机参与有“超级计算领域的诺贝尔奖”之称的戈登·贝尔奖评选,获得提名奖。

基础生物学:重大成果鼓士气

日前,中国科协主持召开了科技界祝贺屠呦呦获诺奖座谈会。中科院院士、生物学家施一公在发言中表示,即使再拿几个诺贝尔奖,再有几个大的科技突破,对于我们这样一个民族和国家来说,都是应该的。因为我们现在的这些贡献远远不够。”
施一公有底气这样表态,作为首位获得爱明诺夫奖的中国科学家,他的手里就有一项被业内专家称为有望获得诺贝尔奖的成果。
今年8月21日,清华大学正式发布,施一公教授研究组在《科学》周刊同时在线发表了两篇背靠背研究长文,题目分别为《3.6埃的酵母剪接体结构》和《前体信使RNA剪接的结构基础》。
剪接体是由RNA(核酸)和蛋白质组成复合物,是人类细胞中必不可少的“分子机器”之一,但人类对其工作机理的了解,一直缺乏结构生物学的证据。DNA传递遗传物质“中心法则”将遗传过程分为三步,第一步是转录,第二步是剪接,第三步是翻译。在施一公获得剪接体的三维结构之前,另外两位科学家已经通过发现“中心法则”中其他步骤中的两种关键物质,分别获得了2006年和2009年的诺贝尔化学奖。
“这项成果的重要性超过我过去25年科学研究总和。”施一公说。此前,他以通讯作者身份在《科学》《自然》和《细胞》上发表的文章总共接近50篇。该成果的完成,为进一步揭示与剪接体相关疾病的发病机理提供了坚实的基础。
“施一公团队取得的成绩,在中国有多米诺效应,对很多科研团队是个震撼。中国有再大成果,大家也不要再惊讶。”中国生物物理协会会长饶子和院士说。
显然,饶所说的再大成果,包括诺奖。

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