国内重大原创成果取得成功的经验分析及对广东的启示_拓晓瑞.pdf

专家论道国内重大原创成果取得成功的经验分析及对广东的启示文/拓晓瑞 徐久香 刘启强 党中央、国务院高度重视科技创新工作，特别是党的十八大以来，对实施创新驱动发展战略、深化科技体制改革作出了一系列重要部署，推动在基础科学和前沿技术领域涌现出一批重大原创性成果，如“祖冲之二号”和“九章二号”实现量子优越性、成功证明凯勒几何两大核心猜想、首次实验验证三维量子霍尔效应等。通过调查分析这些典型科技成果案例，总结借鉴其取得成功的经验与做法，对广东进一步深化科技体制改革，高质量部署实施基础研究重大项目、重大科技工程等具有一定的参考意义和价值。一、国内部分重大原创成果情况介绍及其重大意义（一）成果1：“祖冲之二号”和“九章二号”实现量子优越性量子计算机在原理上具有超快的并行计算能力，已经被欧、美、日等国家（地区）和组织列入重要战略发展计划。国际学界确定基于光子的玻色取样和基于超导比特的随机线路取样是首先在实验上展示量子计算优越性的两个重要方案，Google 和IBM 等多个国际顶尖科研团队均开始了这方面的研究。中国科学技术大学的潘建伟院士团队针对如何实现这两个方案进行了长期探索研究，成功完成了“祖冲之二号”和“九章二号”系列研发任务，受到国际学界的广泛关注和赞誉。这一成果的取得牢固确立了我国在国际量子计算研究中的第一方阵地位，坚定了实现高水平科技自强自立的信心和决心，为下一步开展有重大实用价值的量子搜索算法、机器学习、量子化学等研究奠定了坚实基础。（二）成果2：成功证明凯勒几何两大核心猜想2021年，中国科学技术大学几何物理中心陈秀雄教授及其学生程经睿博士证明了凯勒几何领域里面的测地稳定性猜想和强制性猜想，该结果以两篇论文的形式发表在美国数学会杂志上。这两个猜想与凯勒流形上常标量曲率度量的存在性有关，是过去60多年来几何学中最核心的问题之一。关于常标量曲率度量的存在性，有三个著名的猜想：稳定性猜想、强制性猜想和测地稳定性猜想。陈秀雄及其学生程经睿解出了一个四阶完全非线性椭圆方程，成功证明强制性猜想和测地稳定性猜想这两个国际数学界60多年悬而未决的核心猜想，解决了若干有关凯勒流形上常标量曲率度量和卡拉比极值度量的著名问题，将对几何和偏微分方程的研究产生重要影响。（三）成果3：首次实验验证三维量子霍尔效应南方科技大学物理系张立源教授实验团队与中国科技大学物理系乔振华教授等国内外理论研究工作者们合作，在实验上首次发现了三维量子霍尔效应。这项研究成果在2019年度入围中国科学十大进展与中国十大科技进展新闻,并入选国家“十三五”科技创新成就展重点成果。这次发现的三维量子霍尔效应不仅是一种全新的宏观量子效应，它还同时展现对能量无耗散性、拓扑保护鲁棒性、量子相干性、量子叠加性等独特的属性，补全了霍尔效应家族中的重要拼图，未来有望应用于拓扑量子计算和量子信息传输技术等方面。（四）成果4：首次在实验室实现人工合成淀粉目前，淀粉主要由玉米等农作物通过自然光合作用固定二氧对话时代青年 勇做创新先锋54专 题化碳生产，淀粉合成与积累涉及60余步代谢反应以及复杂的生理调控，理论能量转化效率仅为2%左右。2021年9月，由中国科学院天津工业生物技术研究所主导完成的有关人工合成淀粉重大科技突破进展的论文发表在著名国际学术期刊科学上。该成果实现人工合成淀粉有助于突破自然光合固碳系统利用低密度太阳能的局限、自然界淀粉多步反应合成的复杂调控障碍和天然淀粉合成时空效率不高的限制，其淀粉合成速率是玉米淀粉合成速率的8.5倍，为未来从二氧化碳合成淀粉开辟了崭新道路，也使未来淀粉的工业化生物制造成为可能。（五）成果5：实现光电催化分解水制氢光电催化分解水制氢是利用太阳能制备燃料的理想途径之一，光阳极上的水氧化过程是太阳能分解水的决定步骤和关键科学问题，得到学术界的广泛关注和研究。中国科学院大连化学物理研究所催化基础国家重点实验室及洁净能源国家实验室研究员、中科院院士李灿研究团队在光电极制备、表面助催化剂修饰以及光电解池设计等方面开展了系列研究，受自然光合作用Z机制的启发，实现了高效光电催化全分解水过程，该过程的分解水制氢效率达4.3%，是目前文献报道的最高效率。该研究对我国氢能领域的发展和实现氢能经济化制备应用具有重要现实意义。二、取得成功的主要经验与做法在国家和省（区、市）科技政策的引导和大力支持下，全国科技工作者紧紧围绕国际前沿和国家重大需求，长期持续开展基础研究和前沿技术攻关，在多个领域取得重大原创性成果，为引领支撑经济社会高质量发展提供了重要支撑。其取得成功的经验和做法主要体现在四个方面。（一）选好科研“领头羊”：引进培养卓越的团队领导人，打造国际一流的科研团队一个卓越的科研团队领导人通常是长期深耕某一研究领域，拥有广阔的学术视野、宽大的胸襟和杰出的领导才能，并拥有同行认可的卓越学术声誉或取得国际公认的学术成就。例如，证明凯勒几何两大核心猜想的陈秀雄教授团队，陈秀雄本人是国际微分几何领域最顶尖的科学家之一，三十多年来一直从事微分几何、几何分析，尤其是凯勒几何的最前沿研究，与国内外顶尖团队保持着非常活跃的交流和竞争关系，如与著名数学家唐纳森、田刚等在不同时期保持合作关系。陈教授对微分几何领域有着敏锐的洞察力和广泛的影响力，也为该领域的发展作出了重要贡献，2015年当选美国数学会会士，2019年获得几何学最高奖维布伦奖。再如，研发“祖冲之二号”“九章二号”的潘建伟院士团队，潘建伟院士一直从事量子物理、量子信息科学最前沿的研究，他本人曾在中国科学技术大学跟随量子物理理论学家张永德教授学习量子基础理论，1996年加入国际量子学界的领军人物、奥地利Anton Zelinger 教授的实验量子物理研究组，经过几十年的长期研究积累，潘院士已成为了目前国际量子物理和量子信息科学研究领域最顶尖的科学家之一，为我国量子物理理论的发展作出了重要贡献。（二）打造科研新模式：深化科技管理体制改革，构建开放、集成的新型科研组织模式创新科研组织模式，往往是催生重大科技成果的重要制度保障。如，中国科学院天津工业生物技术研究所内部设有总体研究部，它是研究所体制机制创新的三维科研管理体系中关键的一维，负责组织、集成研究单元和支撑平台面向国家重大前瞻性、战略性科技问题和产业重大共性技术问题进行联合攻关，本次取得人工合成淀粉重大科技突破，正是总体研究部以项目制模式布局的重大攻关任务之一。这种开放、集成的新型科研组织模式，有利于高效配置科技创新资源，强化科研团队成员的凝聚力，形成团队成员为做一件事、达成一个目标、完成一个任务，深耕多个春秋的科研攻关氛围。（三）强化目标和需求导向：聚焦国际前沿和国家战略需求，精准凝练重大科研攻关任务陈秀雄教授团队长期从事基础数学领域研究工作，围绕稳定性猜想和强制性猜想等凯勒几何国际前沿问题开展研究探索，最终取得重大突破性研究成果。潘建伟院士团队对量子信息科学技术领域的历史、现状和未来有着深刻的认识，对于55专家论道什么问题属于当前重要、什么问题是未来5年、未来10年重要的研究方向有着清晰的、全盘的分析和规划，结合国际发展趋势和国家战略需求在超导量子（“祖冲之二号”）和光量子（“九章二号”）两个物理体系上进行研发布局，组织科研团队持续开展科研攻关。李灿院士团队根据催化学科的发展趋势、国家的政策和我国能源、化工、环境等发展的实际需求,瞄准国际前沿方向和我国重大应用过程的关键基础科学问题,针对光电催化分解水制氢开展深入系统的研究。（四）给予长期稳定支持：发挥政府科研资金引导作用，立项支持重大研发活动上述重大科研成果的取得，大都在研发过程中获得了政府部门的项目资金支持，如，人工合成淀粉重大科技突破获得了天津市“合成生物技术创新能力提升行动”等项目的资助和支持，也是国家合成生物技术创新中心的重点研究方向；光电催化分解水制氢研究过程中获得了国家自然科学基金重大项目和科技部973项目支持；量子信息科学相关研究过程中得到了中国科学技术大学、中国科学院和安徽省的长期资金支持，有关研究项目也获得科技部、国家自然科学基金委等方面的支持。三、对广东的启示及建议在学习借鉴国内有关科研机构取得重大科研成果经验做法的基础上，结合广东基础研究发展实际，研究提出以下几点启示及建议。（一）引进和培养国际一流的科学家和科研领军人才，有组织、体系化地打造卓越科研人才团队一是实施“全球领军人才培养计划”。设立领军人才专项，发现识别具有世界级科学大师成长潜力的科学家，在稳定支持、团队建设、科研管理、薪酬待遇等方面给予政策支持。二是实施“青年科技领军人才托举工程”。遴选一批拥有广阔学术视野、宽大胸襟和杰出领导才能的青年科学家给予长期稳定支持，并赋予其在科研任务、技术路线和资源配置等方面更大的自主决策权。三是建立顶尖人才自主培养机制。支持组建青年科学家人才团队，对于科研“好苗子”早发现早支持，鼓励科研人员勇闯科研“无人区”。四是举办高水平科技论坛。高质量举办“大湾区科学论坛”等学术交流活动，支持省内科学家与国际行业顶尖科学家进行合作交流，扩大国际研究视野，提升学术水平。（二）改革创新基础研究管理机制，进一步提升原始创新能力一是研究制定广东省基础研究促进条例。将基础研究财政资金投入、人才培养、重大平台建设、成果产业化等写入该条例，支持基础研究长期稳定发展。二是推进基础研究项目管理制度改革。推行基础研究长周期项目（5年10年），建立多渠道项目选题和快速评审机制，强化对人的长期稳定支持。三是探索实施基础研究大部制。支持战略必争领域和重点行业领域的高校、科研院所、企业共同成立基础研究推进部，开展跨领域、跨学科、跨部门协同攻关，构建“基础研究技术攻关成果转化科技金融人才支撑”全过程创新生态链。（三）完善重大科研项目选题机制，推动形成一批具有世界影响力的原创成果一是建立基础研究多元化选题机制。发挥集中力量办大事的制度优势，围绕国家战略需求和国际前沿凝练重大科学问题，组织优势科研力量体系化部署推进项目攻关；坚持需求和应用导向，围绕我省重点产业领域发展需求，由科技界和产业界共同凝练核心科学问题；鼓励自由探索，尊重科学家的学术灵感，围绕非共识、新兴和交叉学科等方向凝练科学问题，勇闯科研“无人区”。二是谋划实施一批国际大科学计划或大科学工程。充分发挥省内重大科技基础设施集群优势，组织产业界、科技界的战略科学家共同围绕国家重大战略部署或国际前沿科技领域凝练大科学计划或大科学工程项目，吸引全球一流科研人才团队共同参与项目研发，力争形成具有国际影响力的重大原创性成果。三是打造基础研究战略科技力量。加强研究型高校、省实验室体系、科技领军企业等战略科技力量建设，支持其牵头或参与基础研究重大项目，推动基础研究重大成果转化和产业化应用，引领行业发展。（四）发挥高校基础研究主力军作用，创建世界一流学科群一是实施“基础学科提升计划”。抓住“双一流”建设机遇，引导高校走内涵式、高质量发展道路，支持更多学科进入ESI 全球前1%和ESI 全球前1，打造一批具有学科特色和竞争优势的“单对话时代青年 勇做创新先锋56专 题打冠军”。二是实施“大师培养计划”。遴选高校和科研院所优势学科带头人创建一批大师工作室，培养一批学术大师。三是推进基础研究学科中心等平台建设。依托中山大学、华南理工大学等高校进入ESI 全球前1%的学科，探索建立一批省级基础研究学科中心，并给予长期、稳定和集中支持，鼓励其争创国家基础学科研究中心。四是提升高校原始创新能力。支持省内高校围绕“四个面向”凝练重大科学问题，依托大平台组建大团队，积极承担国家和广东省基础研究重大项目，长期持续开展科研攻关，全面提升高校的源头供给能力。（编辑：陈岚）【作者简介】拓晓瑞（1983），男，硕士，副研究员，任职于广东省科学技术情报研究所，研究方向为科技战略管理、技术创新等；徐久香（1983），女，博士，副研究员，任职于广东省社会科学院，研究方向为产业经济、技术创新等；刘启强（1978），男，硕士，研究员，任职于广东省科学技 术情报研究所，研究方向为科技政策、科技战略、科技传播。57