從飛機引擎到手機芯片，核心技術決定了產業發展的進程和未來。越是難以攻克的技術，越考驗一個國家的科技水平。
近年來，科技創新不斷被放在國家戰略的重要指示中。它不僅是當下國家實力的綜合體現，也是探索人類發展之路的關鍵手段。
“桐花萬里丹山路，雛鳳清于老鳳聲”，當我們展望科技事業時，接力棒的那一頭永遠是年輕人。
將個人成長和民族使命融合，在寂寞和挫折中追求“從0到1”的突破。開拓未來的過程中，青年人才將是擁抱科技和產業革新的生力軍。
此外，從基礎研究領域平臺的建設，到產學研協同創新的機制，創新生態的構建將是人才發力的基礎。
只有在理解了人才和生態的重要性后，我們才可以回答：
為什么中國沒有最先進的芯片和光刻機？
我們如何跨越現有的光刻機階段，實現進一步的變革？
青年人才到底該做些什么研究？
上海科技大學黨委書記、中科院上海高等研究院院長、中科院院士李儒新在上海青年科技峰會的演講將為我們對以上問題進行解答。
李儒新
上海科技大學黨委書記
中科院上海高等研究院院長
中科院院士
總書記近期談到浦東改革開放的歷程時，講到國家把兩個國家戰略交給浦東第一次實施。
張江綜合性國家科學中心
在關于浦東未來發展的新要求中，第一條就明確地指出，要全力做強創新引擎，打造自主創新的新高地。
我今天想講三點：第一，怎么在基礎研究領域做出大的創新？
浦東作為科創中心建設的重要承載區，也作為張江綜合性國家科學中心的核心所在地，要在基礎科技領域作出大的創新，在關鍵核心技術領域取得大的突破，更好發揮科技創新的策源功能，我覺得在這方面我有很多體會。
第二，如何做好科技成果產業化與基礎應用研究的雙向轉化？
總書記專門講了，要優化創新創業的生態，疏通基礎研究、應用研究和產業化雙向鏈接的快車道。
這是一個比較新的提法，以前我們經常談到成果的轉移轉化問題。現在從基礎研究到高技術的研發，再到成果和產品的開發，它的周期是非常快的。
第三，什么是科學精神？什么是“把心放上去”？
大平臺、40歲、小團隊
怎么在基礎研究領域做出大的創新？我們要做好這三件事情。
一是開放共享的平臺。我們大家都要面臨申請科研經費，經常遇到經費不夠的問題，因為經費的使用是比較分散、重復的。
如果我們能夠把經費集中起來，建一些大家能一起用的共性的平臺，它的投入產出比就比較高。這樣一個平臺的建設是基礎研究的物質基礎。
另外我們要特別關注年輕人，這是我們人才工作的發力點。
第三，從我們的組織模式上，鼓勵小型化的隊伍，經過研究的比較，這樣適合于基礎性的探索研究。
第一，平臺的重要性。因為引力波的發現獲得2017年諾貝爾物理學獎的巴里·巴里什（Barry Barish），曾經在一次采訪中說過：
他認為本世紀以來物理學界的三大突破分別是2013年獲諾獎的希格斯波色子，2015年獲諾獎的中微子震蕩，以及引力波。
巴里·巴里什（Barry Barish）
而這三項突破恰恰都是利用大型的科學裝置來實現的。他的觀點是，這種裝置是基礎研究的重要物質平臺。
巴里·巴里什（Barry Barish）在2015年9月14日發現了引力波，他的發現證明了愛因斯坦在100年前預測的廣義相對論是正確的。按理說，有了這么偉大的成果，他完全有希望在2016年就獲得諾貝爾獎。
兩個黑洞的聚合形成引力波
大型對撞機The Large Hadron Collider
這個項目其實已經執行了近20年，通過幾代人的努力把裝置的性能不斷提升，剛好到了2015年的夏天，他們把靈敏度提高之后，測到了信號。
這個事件就很巧合，因為引力波來自于兩個黑洞的聚合，它是一過性的信號，你只能靠觀測看到它，你沒法通過實驗得到天體現象。這里就證明了裝置的重要性。
現在在張江，我們有在11年前投入使用的、目前為止我國運行最好的大科學設施——上海光源：鸚鵡螺。
這個裝置推動了一批基礎研究的重要科學發現，包括今年年初利用它解析了新冠病毒的蛋白結構。顯然它會有利于推動新冠相關的藥物研發。
上海光源：鸚鵡螺
圖源：東方網
鸚鵡螺是在09年建成的，已經運行了11年。在這個過程中，上海在張江不斷提升科學裝置的能級，特別是3年前標志性的中科院跟上海的合作，共同組建張江實驗室——
把所有在上海地區的大科學設施集中到張江，由上海高等研究院進行運行和管理，而且又部署了新的一批大科學設施的建設。
張江現在已經建成軟X射線自由電子激光裝置，并且正在建設硬X射線自由電子激光裝置。
這些裝置在小小的1.5平方公里這樣一個面積里，應該說是全世界密度最高、綜合性能最強的光子大科學設施集群。
它涵蓋了非常寬的光子能量范圍和非常高的亮度能級，所以它提供了一個不可替代的研究手段。
上海張江新一代光源大科學設施集群
今天這一批最先進的激光裝置落在上海光源的邊上，它們派什么用場呢？其中一個就是超強超短激光。
它能達到10的16次方瓦，這個功率是什么意思？我們今天用的很多燈泡大概是七八百瓦的量級，但它是10的16次方瓦，相當于全球電網平均功率的1000倍。當然它是一瞬間的，否則能量就不守恒了。
如此高的峰值功率，就為我們基礎研究帶來了全新的研究手段。如果把這樣的光聚焦到一個十微米的光斑，它就相當于把到達地球十個太陽的能量都收集起來，聚焦到頭發絲的尺寸。
所以它有非常高的強度，它帶來的電場、磁場、能量密度等都是超高的量級。因此它能用來做很好的基礎研究，特別是研究宇宙學、天體物理。
比如剛剛我說的黑洞，現在只能等它，但將來也許可以用實驗室去模擬它。
我們為這個激光裝置起了個非常美的名字，叫“羲和”。我的國外同行們給他們的裝置取為阿波羅，阿波羅是西方的太陽神。中國的太陽神是一位太陽女神，她的名字叫羲和。
她生了十個太陽，就像我們把十個太陽的光聚到一起，所以就用羲和作為我們激光裝置的名字。
現在已經建成了羲和一號，我們試圖達到的一個目標就是用激光來做人造引力波，未來我們也希望把它變成一個能用的波，就像電磁波一樣。這些是羲和一號在基礎研究領域帶來突破的可能。
然后羲和二號來了，為什么它來了？因為上海現在正在建設硬X射線自由電子激光裝置，從南到北三公里長，這個裝置再結合一個更強的激光裝置，就有可能對傳統上裝置研究的領域進行很大的拓展。
羲和二號比羲和一號大十倍，兩個結合以后，研究范圍就可能拓展到天體物理、亞原子和真空的研究。
大平臺很重要，但是平臺是不夠的，我們還得有年輕人。
大概20年前，當時老院長路甬祥經過簡單的數據統計，他發現40歲以上的人基本上沒有希望再做出諾貝爾獎的成果了。
也就是說，你要做，肯定是在40歲之前做出來。這是一篇很嚴肅的文章，發表在2011年的PNAS上面。
通過對過去100多年所有學科的諾獎進行統計，得到結論是這樣的，無論是物理學、化學還是醫學，他們做出偉大發現的年齡在早期的時候都是在36、37歲。這是個統計數據，是有統計學的意義的。
所以大家可以看到，我們要格外地去重視年輕人，讓他們能夠去發揮他們的聰明才智。
另外一個要說到，雖然我們講到了引力波這樣一個成功的案例，幾千人圍繞一個目標干20年，但是實際上絕大部分的基礎研究突破，并不是這樣做出來的，而是通過小規模的PI制研究（注：PI為“Principal Investigator”一詞的縮寫，指對所負責的項目有主導權和指導權的個體，其對項目做出最終決定并監督資金和支出）。
這是另外一篇2019年發表的很嚴肅的文章，它說大的團隊develop，小的團隊disrupt，一個是發展，一個是變革性的創新。
因為大的團隊不敢去做那些太稀奇古怪的東西，他們往往有很嚴密的組織，領導會考核你的任務完成情況，另外它資源投入很大，船大掉頭難，所以它有一個既定的目標，一旦這個目標既定了，它的組織效率就高。
比如LIGO，它20年前就既定目標，一定要搞個精度最高的干涉儀，因為它相信愛因斯坦是對的，一旦有引力波傳過來，時空就會扭曲，他們就能收到信號。它是建立在一個基礎科學知識上的工程上的突破，這是依靠大的團隊。
這篇文章是從6500萬份的論文、專利里面統計出來的，LIGO就是一種大科學工程的案例。但是真正要disrupt的話可能需要探索性強的小規模研究。
上海科技大學就按照這樣的思路做了一些嘗試，現在上海科技大學只有小團隊，沒有大團隊。
我們有250個左右的教授，70%都是助理教授，但是所有的正教授、副教授、助理教授都是平等的，他們都是獨立建組，只能招同等名額的助手、研究生。
我覺得這樣的一種模式比較適合于基礎研究。去年國際專家組對生命學院的教授進行評估，認為他們中80%已經達到了國際上主要研究型大學同類教授的競爭力。可見在這種模式下，年輕的教授得到了很快的成長。
當然也有其他的一些數據做佐證。從SCI論文數量看，中國在2020年到5月份一共有108篇，上科大作為黑馬達到了11篇。
排行榜上的其他高校都是以前傳統的老牌高校，上科大是其中唯一的一所非雙一流高校，這個數字應該能夠說明問題。這就是說在基礎研究領域，我們為什么要堅持小規模的PI制研究。
中國人為什么沒有
最先進的光刻機？
如何疏通基礎研究、應用研究和產業化雙向鏈接的快車道？我跟大家分享一個我自己最近很關心的案例，就是集成電路制造。
中國人為什么沒有最先進的光刻機？我們的科學院、企業也在研發，但我們為什么會比別人差好幾代？
這有一個案例，這個案例是我們科學院的同事正式發表的刊物，我這里和大家簡單分享下它的主要結論。
如果你要做7納米以下的，也就是華為現在最先進的芯片，要用到極紫外（EUV）光刻機。
EUV光刻機
圖源：Anton Shilov
EUV光刻機是怎么來的，它的前世今生很好地詮釋了所謂的基礎研究到技術開發、產品開發，雙向快車道的這樣一個概念，這是一個產學研協同創新的非常鮮活的案例。
上世紀90年代末期，美國能源部有3個國家實驗室，勞倫斯·利弗莫爾（LLNL）、勞倫斯·伯克利（LBNL）和桑迪亞（SNL），它們開始研究極紫外。所謂極紫外就是指光纖波長為13.5納米，只有十幾個納米。
那個時候產業界正在研究從紫外光源到深紫外，然后再到極紫外，還在一步步走。作為國家實驗室，研究機構已經開始前瞻了，它在思考更長線的研發路線是什么。
但是由于這是一個基礎研究的模式，屬于自由探索，大家想干就可以干，想不干也可以不干。
這個時候，產業界開始覺得這個事情不能再等了，所以它就跟國家實驗室之間發生了一個很好的互動。
產業界一批最重要的公司，包括英特爾，摩托羅拉，AMD（超微半導體公司），IBM（國際商業機器公司）等，這些公司組建了一個EUV聯盟，讓3個國家實驗室一起成立了一個虛擬國家實驗室。
一開始就是給錢，因為產業覺得這個方向可能有用，所以我給你一筆錢。最初三年給了2.5億美元讓他們做研究，這個計劃最終執行到2003年。
由于有企業嚴格的合作協議，所以他們開始高度認真地負責，按照CEO、COO這么一整套企業化的管理模式來做這件事情。于是組織力度得到了前所未有地提升，研發效率也提升了。
到2003年為止，果然他們在這個方面取得了突破，一共申請了60多個有價值的專利，奠定了EUV技術的可行性。同時，他們建成了全球首個EUV工程樣機。
產業屆一看，和別的技術路線相比，它有先進性，所以國家實驗室的研究就告一段落了，這時企業開始接手。后來ASML很快成為了主力軍。
2006年ASML建成了第一臺商用的測試機，再后來又花了9年時間才真正做到量產，其中一個重要節點是2012年。當時我們國內也在討論，還有人說這條技術路線不可行、沒希望。
但是后來我說，不太會吧。因為2012年的時候，英特爾、臺積電和三星，三家企業都投了一大筆錢給ASML，我想他們作為一個芯片廠，用戶向設備制造商投這么多錢，大概不會是拍拍腦袋的。
李儒新在演講現場
ASML總共得到了13.8億歐元的研發資金，通過賣掉23%的股份，又另外籌集到了38.7億。
為什么今天它能奠定EUV光刻機的霸主地位，因為它有這么一個跟用戶的互動關系，用戶提前投入資金，通過產研的深度融合，吸引了產業鏈上下游的資本來投入。
“要有晚上睡不著的信念
去解決問題”
我最近在學習林本堅，這個案例很有意思，我想我們看了以后會覺得現在還有機會做點工作。
林本堅是發明光刻的，現在最重要的能夠做出從28到14到7納米的浸沒式光刻機，是在他60歲的時候做出來的成果。
林本堅
圖源：商業周刊
他兩年前得了未來科學大獎，他最大的貢獻是什么？是一個初中物理知識的突破，大家都很熟悉，一根筷子放在水里看上去會拐彎，這是因為在兩個不同的材料里面，光有不同的折射率。
圖源：Ingenium
當時全世界都在用193納米波長的光刻機，并且在拼命尋找更短波長的光源把電路做得更小，日本人的目標就是做157納米的光源。
林本堅一想，193光源，如果放到水里面，除以水的折射率1.44，一下子跨越了日本人想做的157，就是把水作為一個介質引入到光刻機里面去。
所以他就發明了浸沒式光刻機，然后也奠定了現在ASML的霸主地位。
林本堅是在2002年的時候，他60歲的那一年，在這個方面取得了突破，所以我想大家還要繼續努力。
在他的書《把心放上去》里，他就說了，要享受科學樂趣，“要有晚上睡不著的信念去解決問題”。
我想今天在座的年輕人里，你們中最好有些人能夠從今天開始就去想，我們中國人能不能跨越EUV，我能不能一步走到未來的那一步，有沒有這種可能性？
另外他也提到了，他說現在大家都被光刻機給驕縱慣了，光刻機不斷地把電路做得越來越小，也就不去想其他的畫面，創造其他的創新了。
我覺得這也完蛋了，因為萬一路走不下去了怎么辦，所以我們一定要去想一些其他的可能性。
比如說最近的AlphaFold，它用計算機來預測蛋白質的結構。上海光源的主要用戶就是很多科學家，為他們去解蛋白質結構，但如果用計算機就能解了，那么上海光源就失業了。
這就是研發模式的一種變革。所以我們將來在光刻領域，能不能跨越這個階段？
剛才講的折射的知識，我特地去查，現在是在初二物理的上冊教的。同樣跟這么一個初二物理知識相關的，是我的同行們在2018年獲得諾貝爾獎的這樣一個工作——啁啾脈沖放大（CPA）。
啁啾脈沖放大（CPA）技術
我們看到的白色的光，它其實有很多波長成分，如果你把它分開的話，不同的波長就會走得不一樣。剛才講的是同一個波長在不同材料里走得不一樣，那么在一個材料里面不同的波長也走得不一樣，這都是折射定律，都是初中物理。
他們就想了個辦法，讓這種白光經過一段材料，把不同顏色的光分開，因為他們走的快慢不一樣，這樣就把它的光強變低了，變低也會把它放大。
放大以后再把同樣的材料反過來用，就把脈沖又合并到了一起，這個技術獲得了2018年的諾貝爾獎。
獲獎者里面有一位女士，發表文章那一年她正在讀博士學位，而且正在愁眉苦臉寫不出論文。當時她是26歲，她的老師是41歲，他們聯合發表這篇文章，影響因子也很低，一點幾，遠沒有Nature、Science那么高。
但就是這篇文章，讓他們在2018年獲得了諾貝爾獎。而且這是這位女士的第一篇論文，1985年的論文。關鍵是她即使發表了這篇論文也不能馬上畢業，她在1989年才拿到了Phd學位。
所以我就想，第一，年輕人要特別重視你的第一篇文章，不能亂寫，說不定會得諾貝爾獎。
第二個，你即使現在沒有發表文章，也別著急，你得好好地去做一個有意義的事情。發明創造的機會也許就在你身邊，哪怕是初中的物理知識，有的時候也會帶來奇思妙想。
最后我想用總書記提出的中國載人深潛精神做個總結，以嚴謹科學的態度和自立自強的勇氣，踐行“嚴謹求實，團結協作，拼搏奉獻，勇攀高峰”。
我想這是對科學精神的一個最新、最好的詮釋，讓我們大家一起共勉。
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