从飞机引擎到手机芯片，核心技术决定了产业发展的进程和未来。越是难以攻克的技术，越考验一个国家的科技水平。
近年来，科技创新不断被放在国家战略的重要指示中。它不仅是当下国家实力的综合体现，也是探索人类发展之路的关键手段。
“桐花万里丹山路，雏凤清于老凤声”，当我们展望科技事业时，接力棒的那一头永远是年轻人。
将个人成长和民族使命融合，在寂寞和挫折中追求“从0到1”的突破。开拓未来的过程中，青年人才将是拥抱科技和产业革新的生力军。
此外，从基础研究领域平台的建设，到产学研协同创新的机制，创新生态的构建将是人才发力的基础。
只有在理解了人才和生态的重要性后，我们才可以回答：
为什么中国没有最先进的芯片和光刻机？
我们如何跨越现有的光刻机阶段，实现进一步的变革？
青年人才到底该做些什么研究？
上海科技大学党委书记、中科院上海高等研究院院长、中科院院士李儒新在上海青年科技峰会的演讲将为我们对以上问题进行解答。
李儒新
上海科技大学党委书记
中科院上海高等研究院院长
中科院院士
总书记近期谈到浦东改革开放的历程时，讲到国家把两个国家战略交给浦东第一次实施。
张江综合性国家科学中心
在关于浦东未来发展的新要求中，第一条就明确地指出，要全力做强创新引擎，打造自主创新的新高地。
我今天想讲三点：第一，怎么在基础研究领域做出大的创新？
浦东作为科创中心建设的重要承载区，也作为张江综合性国家科学中心的核心所在地，要在基础科技领域作出大的创新，在关键核心技术领域取得大的突破，更好发挥科技创新的策源功能，我觉得在这方面我有很多体会。
第二，如何做好科技成果产业化与基础应用研究的双向转化？
总书记专门讲了，要优化创新创业的生态，疏通基础研究、应用研究和产业化双向链接的快车道。
这是一个比较新的提法，以前我们经常谈到成果的转移转化问题。现在从基础研究到高技术的研发，再到成果和产品的开发，它的周期是非常快的。
第三，什么是科学精神？什么是“把心放上去”？
大平台、40岁、小团队
怎么在基础研究领域做出大的创新？我们要做好这三件事情。
一是开放共享的平台。我们大家都要面临申请科研经费，经常遇到经费不够的问题，因为经费的使用是比较分散、重复的。
如果我们能够把经费集中起来，建一些大家能一起用的共性的平台，它的投入产出比就比较高。这样一个平台的建设是基础研究的物质基础。
另外我们要特别关注年轻人，这是我们人才工作的发力点。
第三，从我们的组织模式上，鼓励小型化的队伍，经过研究的比较，这样适合于基础性的探索研究。
第一，平台的重要性。因为引力波的发现获得2017年诺贝尔物理学奖的巴里·巴里什（Barry Barish），曾经在一次采访中说过：
他认为本世纪以来物理学界的三大突破分别是2013年获诺奖的希格斯波色子，2015年获诺奖的中微子震荡，以及引力波。
巴里·巴里什（Barry Barish）
而这三项突破恰恰都是利用大型的科学装置来实现的。他的观点是，这种装置是基础研究的重要物质平台。
巴里·巴里什（Barry Barish）在2015年9月14日发现了引力波，他的发现证明了爱因斯坦在100年前预测的广义相对论是正确的。按理说，有了这么伟大的成果，他完全有希望在2016年就获得诺贝尔奖。
两个黑洞的聚合形成引力波
大型对撞机The Large Hadron Collider
这个项目其实已经执行了近20年，通过几代人的努力把装置的性能不断提升，刚好到了2015年的夏天，他们把灵敏度提高之后，测到了信号。
这个事件就很巧合，因为引力波来自于两个黑洞的聚合，它是一过性的信号，你只能靠观测看到它，你没法通过实验得到天体现象。这里就证明了装置的重要性。
现在在张江，我们有在11年前投入使用的、目前为止我国运行最好的大科学设施——上海光源：鹦鹉螺。
这个装置推动了一批基础研究的重要科学发现，包括今年年初利用它解析了新冠病毒的蛋白结构。显然它会有利于推动新冠相关的药物研发。
上海光源：鹦鹉螺
图源：东方网
鹦鹉螺是在09年建成的，已经运行了11年。在这个过程中，上海在张江不断提升科学装置的能级，特别是3年前标志性的中科院跟上海的合作，共同组建张江实验室——
把所有在上海地区的大科学设施集中到张江，由上海高等研究院进行运行和管理，而且又部署了新的一批大科学设施的建设。
张江现在已经建成软X射线自由电子激光装置，并且正在建设硬X射线自由电子激光装置。
这些装置在小小的1.5平方公里这样一个面积里，应该说是全世界密度最高、综合性能最强的光子大科学设施集群。
它涵盖了非常宽的光子能量范围和非常高的亮度能级，所以它提供了一个不可替代的研究手段。
上海张江新一代光源大科学设施集群
今天这一批最先进的激光装置落在上海光源的边上，它们派什么用场呢？其中一个就是超强超短激光。
它能达到10的16次方瓦，这个功率是什么意思？我们今天用的很多灯泡大概是七八百瓦的量级，但它是10的16次方瓦，相当于全球电网平均功率的1000倍。当然它是一瞬间的，否则能量就不守恒了。
如此高的峰值功率，就为我们基础研究带来了全新的研究手段。如果把这样的光聚焦到一个十微米的光斑，它就相当于把到达地球十个太阳的能量都收集起来，聚焦到头发丝的尺寸。
所以它有非常高的强度，它带来的电场、磁场、能量密度等都是超高的量级。因此它能用来做很好的基础研究，特别是研究宇宙学、天体物理。
比如刚刚我说的黑洞，现在只能等它，但将来也许可以用实验室去模拟它。
我们为这个激光装置起了个非常美的名字，叫“羲和”。我的国外同行们给他们的装置取为阿波罗，阿波罗是西方的太阳神。中国的太阳神是一位太阳女神，她的名字叫羲和。
她生了十个太阳，就像我们把十个太阳的光聚到一起，所以就用羲和作为我们激光装置的名字。
现在已经建成了羲和一号，我们试图达到的一个目标就是用激光来做人造引力波，未来我们也希望把它变成一个能用的波，就像电磁波一样。这些是羲和一号在基础研究领域带来突破的可能。
然后羲和二号来了，为什么它来了？因为上海现在正在建设硬X射线自由电子激光装置，从南到北三公里长，这个装置再结合一个更强的激光装置，就有可能对传统上装置研究的领域进行很大的拓展。
羲和二号比羲和一号大十倍，两个结合以后，研究范围就可能拓展到天体物理、亚原子和真空的研究。
大平台很重要，但是平台是不够的，我们还得有年轻人。
大概20年前，当时老院长路甬祥经过简单的数据统计，他发现40岁以上的人基本上没有希望再做出诺贝尔奖的成果了。
也就是说，你要做，肯定是在40岁之前做出来。这是一篇很严肃的文章，发表在2011年的PNAS上面。
通过对过去100多年所有学科的诺奖进行统计，得到结论是这样的，无论是物理学、化学还是医学，他们做出伟大发现的年龄在早期的时候都是在36、37岁。这是个统计数据，是有统计学的意义的。
所以大家可以看到，我们要格外地去重视年轻人，让他们能够去发挥他们的聪明才智。
另外一个要说到，虽然我们讲到了引力波这样一个成功的案例，几千人围绕一个目标干20年，但是实际上绝大部分的基础研究突破，并不是这样做出来的，而是通过小规模的PI制研究（注：PI为“Principal Investigator”一词的缩写，指对所负责的项目有主导权和指导权的个体，其对项目做出最终决定并监督资金和支出）。
这是另外一篇2019年发表的很严肃的文章，它说大的团队develop，小的团队disrupt，一个是发展，一个是变革性的创新。
因为大的团队不敢去做那些太稀奇古怪的东西，他们往往有很严密的组织，领导会考核你的任务完成情况，另外它资源投入很大，船大掉头难，所以它有一个既定的目标，一旦这个目标既定了，它的组织效率就高。
比如LIGO，它20年前就既定目标，一定要搞个精度最高的干涉仪，因为它相信爱因斯坦是对的，一旦有引力波传过来，时空就会扭曲，他们就能收到信号。它是建立在一个基础科学知识上的工程上的突破，这是依靠大的团队。
这篇文章是从6500万份的论文、专利里面统计出来的，LIGO就是一种大科学工程的案例。但是真正要disrupt的话可能需要探索性强的小规模研究。
上海科技大学就按照这样的思路做了一些尝试，现在上海科技大学只有小团队，没有大团队。
我们有250个左右的教授，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，他们都是独立建组，只能招同等名额的助手、研究生。
我觉得这样的一种模式比较适合于基础研究。去年国际专家组对生命学院的教授进行评估，认为他们中80%已经达到了国际上主要研究型大学同类教授的竞争力。可见在这种模式下，年轻的教授得到了很快的成长。
当然也有其他的一些数据做佐证。从SCI论文数量看，中国在2020年到5月份一共有108篇，上科大作为黑马达到了11篇。
排行榜上的其他高校都是以前传统的老牌高校，上科大是其中唯一的一所非双一流高校，这个数字应该能够说明问题。这就是说在基础研究领域，我们为什么要坚持小规模的PI制研究。
中国人为什么没有
最先进的光刻机？
如何疏通基础研究、应用研究和产业化双向链接的快车道？我跟大家分享一个我自己最近很关心的案例，就是集成电路制造。
中国人为什么没有最先进的光刻机？我们的科学院、企业也在研发，但我们为什么会比别人差好几代？
这有一个案例，这个案例是我们科学院的同事正式发表的刊物，我这里和大家简单分享下它的主要结论。
如果你要做7纳米以下的，也就是华为现在最先进的芯片，要用到极紫外（EUV）光刻机。
EUV光刻机
图源：Anton Shilov
EUV光刻机是怎么来的，它的前世今生很好地诠释了所谓的基础研究到技术开发、产品开发，双向快车道的这样一个概念，这是一个产学研协同创新的非常鲜活的案例。
上世纪90年代末期，美国能源部有3个国家实验室，劳伦斯·利弗莫尔（LLNL）、劳伦斯·伯克利（LBNL）和桑迪亚（SNL），它们开始研究极紫外。所谓极紫外就是指光纤波长为13.5纳米，只有十几个纳米。
那个时候产业界正在研究从紫外光源到深紫外，然后再到极紫外，还在一步步走。作为国家实验室，研究机构已经开始前瞻了，它在思考更长线的研发路线是什么。
但是由于这是一个基础研究的模式，属于自由探索，大家想干就可以干，想不干也可以不干。
这个时候，产业界开始觉得这个事情不能再等了，所以它就跟国家实验室之间发生了一个很好的互动。
产业界一批最重要的公司，包括英特尔，摩托罗拉，AMD（超微半导体公司），IBM（国际商业机器公司）等，这些公司组建了一个EUV联盟，让3个国家实验室一起成立了一个虚拟国家实验室。
一开始就是给钱，因为产业觉得这个方向可能有用，所以我给你一笔钱。最初三年给了2.5亿美元让他们做研究，这个计划最终执行到2003年。
由于有企业严格的合作协议，所以他们开始高度认真地负责，按照CEO、COO这么一整套企业化的管理模式来做这件事情。于是组织力度得到了前所未有地提升，研发效率也提升了。
到2003年为止，果然他们在这个方面取得了突破，一共申请了60多个有价值的专利，奠定了EUV技术的可行性。同时，他们建成了全球首个EUV工程样机。
产业届一看，和别的技术路线相比，它有先进性，所以国家实验室的研究就告一段落了，这时企业开始接手。后来ASML很快成为了主力军。
2006年ASML建成了第一台商用的测试机，再后来又花了9年时间才真正做到量产，其中一个重要节点是2012年。当时我们国内也在讨论，还有人说这条技术路线不可行、没希望。
但是后来我说，不太会吧。因为2012年的时候，英特尔、台积电和三星，三家企业都投了一大笔钱给ASML，我想他们作为一个芯片厂，用户向设备制造商投这么多钱，大概不会是拍拍脑袋的。
李儒新在演讲现场
ASML总共得到了13.8亿欧元的研发资金，通过卖掉23%的股份，又另外筹集到了38.7亿。
为什么今天它能奠定EUV光刻机的霸主地位，因为它有这么一个跟用户的互动关系，用户提前投入资金，通过产研的深度融合，吸引了产业链上下游的资本来投入。
“要有晚上睡不着的信念
去解决问题”
我最近在学习林本坚，这个案例很有意思，我想我们看了以后会觉得现在还有机会做点工作。
林本坚是发明光刻的，现在最重要的能够做出从28到14到7纳米的浸没式光刻机，是在他60岁的时候做出来的成果。
林本坚
图源：商业周刊
他两年前得了未来科学大奖，他最大的贡献是什么？是一个初中物理知识的突破，大家都很熟悉，一根筷子放在水里看上去会拐弯，这是因为在两个不同的材料里面，光有不同的折射率。
图源：Ingenium
当时全世界都在用193纳米波长的光刻机，并且在拼命寻找更短波长的光源把电路做得更小，日本人的目标就是做157纳米的光源。
林本坚一想，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，就是把水作为一个介质引入到光刻机里面去。
所以他就发明了浸没式光刻机，然后也奠定了现在ASML的霸主地位。
林本坚是在2002年的时候，他60岁的那一年，在这个方面取得了突破，所以我想大家还要继续努力。
在他的书《把心放上去》里，他就说了，要享受科学乐趣，“要有晚上睡不着的信念去解决问题”。
我想今天在座的年轻人里，你们中最好有些人能够从今天开始就去想，我们中国人能不能跨越EUV，我能不能一步走到未来的那一步，有没有这种可能性？
另外他也提到了，他说现在大家都被光刻机给骄纵惯了，光刻机不断地把电路做得越来越小，也就不去想其他的画面，创造其他的创新了。
我觉得这也完蛋了，因为万一路走不下去了怎么办，所以我们一定要去想一些其他的可能性。
比如说最近的AlphaFold，它用计算机来预测蛋白质的结构。上海光源的主要用户就是很多科学家，为他们去解蛋白质结构，但如果用计算机就能解了，那么上海光源就失业了。
这就是研发模式的一种变革。所以我们将来在光刻领域，能不能跨越这个阶段？
刚才讲的折射的知识，我特地去查，现在是在初二物理的上册教的。同样跟这么一个初二物理知识相关的，是我的同行们在2018年获得诺贝尔奖的这样一个工作——啁啾脉冲放大（CPA）。
啁啾脉冲放大（CPA）技术
我们看到的白色的光，它其实有很多波长成分，如果你把它分开的话，不同的波长就会走得不一样。刚才讲的是同一个波长在不同材料里走得不一样，那么在一个材料里面不同的波长也走得不一样，这都是折射定律，都是初中物理。
他们就想了个办法，让这种白光经过一段材料，把不同颜色的光分开，因为他们走的快慢不一样，这样就把它的光强变低了，变低也会把它放大。
放大以后再把同样的材料反过来用，就把脉冲又合并到了一起，这个技术获得了2018年的诺贝尔奖。
获奖者里面有一位女士，发表文章那一年她正在读博士学位，而且正在愁眉苦脸写不出论文。当时她是26岁，她的老师是41岁，他们联合发表这篇文章，影响因子也很低，一点几，远没有Nature、Science那么高。
但就是这篇文章，让他们在2018年获得了诺贝尔奖。而且这是这位女士的第一篇论文，1985年的论文。关键是她即使发表了这篇论文也不能马上毕业，她在1989年才拿到了Phd学位。
所以我就想，第一，年轻人要特别重视你的第一篇文章，不能乱写，说不定会得诺贝尔奖。
第二个，你即使现在没有发表文章，也别着急，你得好好地去做一个有意义的事情。发明创造的机会也许就在你身边，哪怕是初中的物理知识，有的时候也会带来奇思妙想。
最后我想用总书记提出的中国载人深潜精神做个总结，以严谨科学的态度和自立自强的勇气，践行“严谨求实，团结协作，拼搏奉献，勇攀高峰”。
我想这是对科学精神的一个最新、最好的诠释，让我们大家一起共勉。
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