“微尺度”：學(xué)科交叉引領(lǐng)新科學(xué)重大突破

文/合肥微尺度物質(zhì)科學(xué)國(guó)家研究中心

“墨子號(hào)”量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星與阿里量子隱形傳態(tài)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)建立天地鏈路（新華社 發(fā)）

學(xué)科交叉被認(rèn)為容易產(chǎn)生新的科學(xué)和重大突破。那么，一家科研平臺(tái)同時(shí)集齊物理、化學(xué)、生物、材料、信息五大一級(jí)學(xué)科是一種怎樣的體驗(yàn)？合肥微尺度物質(zhì)科學(xué)國(guó)家研究中心（以下簡(jiǎn)稱微尺度國(guó)家研究中心）主任羅毅可能最有體會(huì)。

羅毅喜歡在朋友圈分享微尺度國(guó)家研究中心的“喜報(bào)”：重量級(jí)進(jìn)展、高水平文章、各種獎(jiǎng)項(xiàng)。近兩年可謂捷報(bào)頻傳，幾乎每個(gè)月都有好消息。2019年更是標(biāo)志性的一年，微尺度國(guó)家研究中心共發(fā)表10篇《科學(xué)》《自然》《細(xì)胞》論文，且各領(lǐng)域都有好工作出現(xiàn)，呈全面爆發(fā)之勢(shì)。

在羅毅看來(lái)，文章數(shù)量本身并不重要，重要的是自信心的爆發(fā)，反映出微尺度國(guó)家研究中心多年來(lái)堅(jiān)持學(xué)科交叉的厚積薄發(fā)。他們用行動(dòng)證明，這條路走對(duì)了。

學(xué)術(shù)特區(qū)顯優(yōu)勢(shì)

兩項(xiàng)國(guó)家自然科學(xué)獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)，11項(xiàng)國(guó)家自然科學(xué)獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)和25項(xiàng)省部級(jí)科技獎(jiǎng)特等獎(jiǎng)、一等獎(jiǎng)；16次入選兩院院士評(píng)選的“中國(guó)十大科技進(jìn)展新聞”；在《科學(xué)》《自然》及其子刊上發(fā)表論文310篇；3項(xiàng)成果入選中科院“率先行動(dòng)”計(jì)劃第一階段“面向世界科技前沿”18項(xiàng)重大科技成果及標(biāo)志性進(jìn)展……

這是自2003年以來(lái)微尺度國(guó)家研究中心交出的一份成績(jī)單。在羅毅看來(lái)，這體現(xiàn)了這個(gè)集團(tuán)軍的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。其間，微尺度國(guó)家研究中心承擔(dān)了57項(xiàng)國(guó)家重大科學(xué)研究計(jì)劃和重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目，以及中科院各類戰(zhàn)略性先導(dǎo)專項(xiàng)和多項(xiàng)國(guó)家重大科研儀器研制項(xiàng)目，突破了一系列重要科學(xué)問(wèn)題和關(guān)鍵核心技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了從基礎(chǔ)研究、應(yīng)用基礎(chǔ)研究到應(yīng)用研究的全鏈條快速發(fā)展。

在基礎(chǔ)研究方面，微尺度國(guó)家研究中心獲得多個(gè)“世界首次”：在世界上發(fā)射首顆量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星“墨子號(hào)”；在國(guó)家發(fā)改委的支持下建成千公里級(jí)京滬量子保密通信干線，并在此基礎(chǔ)上首次實(shí)現(xiàn)了洲際量子通信；在國(guó)際上首次實(shí)現(xiàn)亞納米分辨的單分子光學(xué)拉曼成像；在室溫大氣條件下獲得世界上首張單蛋白質(zhì)分子的磁共振譜；在國(guó)際上首次發(fā)現(xiàn)了40K以上鐵基高溫超導(dǎo)體……

在應(yīng)用基礎(chǔ)研究和應(yīng)用研究方面，微尺度國(guó)家研究中心首次實(shí)現(xiàn)了人工珍珠層材料仿生宏量制備；結(jié)合視覺(jué)神經(jīng)生物醫(yī)學(xué)與上轉(zhuǎn)換納米材料，實(shí)現(xiàn)動(dòng)物裸眼紅外圖像視覺(jué)能力；技術(shù)轉(zhuǎn)化成立的科大國(guó)盾量子技術(shù)股份有限公司今年6月在科創(chuàng)板上市。

之所以有這樣的活力，得益于制度設(shè)計(jì)上的巧思。微尺度國(guó)家研究中心采取教授“雙聘”制，即在該中心和依托單位中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)的各學(xué)院之間實(shí)行研究人員的“雙聘”，在考核和評(píng)價(jià)時(shí)雙方互認(rèn)、成果共享。

此舉解決了聘用、考核、研究生招生中的諸多癥結(jié)，將微尺度國(guó)家研究中心打造成為一個(gè)獨(dú)具優(yōu)勢(shì)的學(xué)術(shù)特區(qū)，吸引更多優(yōu)秀人才加入。

在充足的人力支持下，2017年從合肥微尺度物質(zhì)科學(xué)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室（籌）更名時(shí)，微尺度國(guó)家研究中心研究部也從7個(gè)調(diào)整到11個(gè)，新增設(shè)的幾個(gè)研究部都是人才匯聚的方向。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)80%以上的國(guó)家獎(jiǎng)和年度十大進(jìn)展均來(lái)源于微尺度國(guó)家研究中心。中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)副校長(zhǎng)羅喜勝?gòu)?qiáng)調(diào)，微尺度國(guó)家研究中心不僅僅是成果產(chǎn)出的一座高峰，也是培養(yǎng)交叉科學(xué)氛圍的“圣地”。

近年來(lái)，全國(guó)誕生了數(shù)個(gè)交叉科學(xué)實(shí)驗(yàn)室、研究所，而“微尺度”僅此一家，以物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)上的共性為基點(diǎn)，不斷拓寬傳統(tǒng)物質(zhì)學(xué)科邊界和前沿。

“定位越高，動(dòng)力越大、走得越遠(yuǎn)。”對(duì)于微尺度國(guó)家研究中心的未來(lái)，羅毅希望能產(chǎn)生代表人類最高智慧的原創(chuàng)性基礎(chǔ)研究成果。

前沿探索“占山頭”

2011年年初，通過(guò)英國(guó)劍橋大學(xué)博士論文答辯后，畢業(yè)證書(shū)還沒(méi)拿到，陸朝陽(yáng)就興沖沖地回到闊別3年的微尺度國(guó)家研究中心。2008年出國(guó)留學(xué)時(shí)，陸朝陽(yáng)只申請(qǐng)了劍橋大學(xué)一所學(xué)校，為的就是去卡文迪許實(shí)驗(yàn)室學(xué)習(xí)量子點(diǎn)技術(shù)。

量子指物質(zhì)不可再分割的基本單元，例如光能量的最小單元就是光量子。量子科技具有革命性意義，是世界各國(guó)積極搶占的高地，也是微尺度國(guó)家研究中心創(chuàng)立伊始就積極支持的重點(diǎn)方向。為這名期待回歸的學(xué)子，微尺度國(guó)家研究中心提前啟動(dòng)了儀器購(gòu)置工作。

這使得陸朝陽(yáng)能很快投入研究，2012年就制備出世界最佳品質(zhì)的單光子源，幾年后又制備出兼具高效率和高品質(zhì)的國(guó)際上綜合性能最優(yōu)的單光子源，為微尺度國(guó)家研究中心的量子通信和光量子計(jì)算研究提供了理想的單光子源。

2015年，中科院院士潘建偉領(lǐng)銜的“多光子糾纏及干涉度量”項(xiàng)目獲得國(guó)家自然科學(xué)獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)。時(shí)年僅45歲的潘建偉成為該獎(jiǎng)項(xiàng)最年輕的第一完成人，完成人之一陸朝陽(yáng)33歲。

國(guó)家獎(jiǎng)的肯定，給這支年輕隊(duì)伍帶來(lái)的不是安逸，而是更強(qiáng)勁的動(dòng)力。隨后幾年，他們屢獲“世界第一”，成為名副其實(shí)的引領(lǐng)者。

例如，微尺度國(guó)家研究中心多次刷新并保持光子糾纏的世界紀(jì)錄；研制出世界首臺(tái)針對(duì)特定問(wèn)題的計(jì)算能力超越早期經(jīng)典計(jì)算機(jī)的光量子計(jì)算原型機(jī)，四大關(guān)鍵指標(biāo)均大幅刷新世界紀(jì)錄；在超導(dǎo)量子計(jì)算方向，率先實(shí)現(xiàn)12比特糾纏、20比特以上的高精度相干操控；超期服役的“墨子號(hào)”量子衛(wèi)星在圓滿完成既定任務(wù)的基礎(chǔ)上，又在國(guó)際上首次實(shí)現(xiàn)了基于糾纏的無(wú)中繼千公里級(jí)量子保密通信；8月，團(tuán)隊(duì)在超冷原子光晶格中實(shí)現(xiàn)大規(guī)模高保真度量子糾纏對(duì)的同步制備……

這一系列操作，令美國(guó)馬里蘭大學(xué)量子物理學(xué)家Christopher Monroe驚呼：“每一次我看到他們的研究進(jìn)展時(shí)，都會(huì)感到震撼。”

量子科技涉及物理、信息、材料、工程技術(shù)等眾多領(lǐng)域，為了下好這盤(pán)棋，微尺度國(guó)家研究中心光與冷原子物理研究部主任潘建偉先后到奧地利、德國(guó)開(kāi)展合作研究，又將學(xué)生有針對(duì)性地選送到國(guó)際各大知名量子實(shí)驗(yàn)室學(xué)習(xí)。學(xué)成回國(guó)后，他們?cè)谖⒊叨葒?guó)家研究中心這個(gè)多學(xué)科交叉的平臺(tái)上獲得了全力支持。

十年布局，終成顛覆性方向。2017年，潘建偉登上《自然》“十大年度人物”。《自然》評(píng)價(jià)稱，在量子通信領(lǐng)域，中國(guó)用不到十年的時(shí)間，由一個(gè)不起眼的國(guó)家發(fā)展成為現(xiàn)在的世界勁旅。

“前沿基礎(chǔ)科學(xué)是應(yīng)用技術(shù)的源頭，必須得有人去‘占山頭’，這是微尺度國(guó)家研究中心的使命。”羅喜勝說(shuō)。

交叉融合促創(chuàng)新

2013年，連續(xù)空缺3年的國(guó)家自然科學(xué)獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)花落以中國(guó)科學(xué)院院士趙忠賢和陳仙輝為代表的北京凝聚態(tài)物理國(guó)家研究中心和微尺度國(guó)家研究中心研究團(tuán)隊(duì)，表彰他們?cè)?0K以上鐵基高溫超導(dǎo)體研究中作出的貢獻(xiàn)。

能取得這一成果，陳仙輝認(rèn)為，得益于國(guó)家研究中心從制度上促進(jìn)交叉融合。他以自己所做的鐵基高溫超導(dǎo)體研究為例，在凝聚態(tài)物理中，材料是推動(dòng)物理發(fā)現(xiàn)的基礎(chǔ)，而材料的合成、設(shè)計(jì)、制備都涉及化學(xué)，對(duì)學(xué)物理的人來(lái)說(shuō)隔行如隔山。在微尺度國(guó)家研究中心，物理系教授陳仙輝幾乎每年都招收一名材料或者化學(xué)背景的研究生。

“來(lái)了之后再學(xué)習(xí)物理，培養(yǎng)出來(lái)自然而然就是交叉型人才。”陳仙輝表示，這為培養(yǎng)復(fù)合型交叉人才作了很好的探索，也為國(guó)家研究中心的學(xué)科發(fā)展作出了很大貢獻(xiàn)。

由于在原始設(shè)計(jì)上橫跨物理、化學(xué)、生物、材料、信息5個(gè)一級(jí)學(xué)科，微尺度國(guó)家研究中心的研究生在專業(yè)選擇上的自由度大大提升，不同專業(yè)的學(xué)生和導(dǎo)師可以雙向選擇，跨學(xué)科的人才培養(yǎng)屢見(jiàn)不鮮。

同樣從研究生招生中受益的還有中國(guó)科學(xué)院院士、材料科學(xué)家俞書(shū)宏，他從國(guó)家研究中心招收了多名生物和醫(yī)學(xué)背景的研究生，從事仿生材料的研究，希望從基礎(chǔ)研究的角度降低生物質(zhì)材料化學(xué)改性的成本，將其逐步推向應(yīng)用。

俞書(shū)宏表示，微尺度國(guó)家研究中心通過(guò)設(shè)立研究部聚焦重要研究方向，把各個(gè)領(lǐng)域的優(yōu)秀課題組匯集到一起，提供穩(wěn)定經(jīng)費(fèi)支持，形成了堅(jiān)實(shí)的合作基礎(chǔ)。

2015年，中科院院士潘建偉領(lǐng)銜的“多光子糾纏及干涉度量”項(xiàng)目獲得國(guó)家自然科學(xué)獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)

對(duì)于如何促進(jìn)交叉，羅毅的回答出乎意料的簡(jiǎn)單：自然形成。“交叉不是拉郎配。”他說(shuō)。在微尺度國(guó)家研究中心，歷任主任都善于營(yíng)造有利于創(chuàng)新的學(xué)術(shù)氛圍，通過(guò)物理聚集產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)。氛圍有了，合作自然就來(lái)了。

分子醫(yī)學(xué)研究部主任周榮斌是一位80后教授。他說(shuō)，自己從事免疫學(xué)研究，跟化學(xué)、材料等領(lǐng)域的科學(xué)家都有交叉合作，“回國(guó)以后幾乎每項(xiàng)研究成果都是合作產(chǎn)生的”。

例如，Ⅱ型糖尿病等代謝類疾病只能控制不能根治，但動(dòng)物實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，靶向免疫細(xì)胞的小分子藥物對(duì)糖尿病有很好的預(yù)防效果。周榮斌等人另辟蹊徑，跟化學(xué)家合作進(jìn)行小分子藥物篩選，希望能找到治療Ⅱ型糖尿病的免疫治療方法和藥物。腫瘤治療的相關(guān)研究則需要納米技術(shù)的配合，對(duì)特定細(xì)胞、器官定向給藥。

在微尺度國(guó)家研究中心，每周都有各種學(xué)術(shù)報(bào)告和活動(dòng)，不同研究組之間的“串門(mén)”是常態(tài)。每年的學(xué)術(shù)交流大會(huì)，更是一次學(xué)術(shù)盛宴。“能聊出很多火花。”周榮斌說(shuō)。

以人為本效果佳

國(guó)家研究中心的金字招牌吸引來(lái)了優(yōu)質(zhì)的生源和人才，也促使微尺度國(guó)家研究中心形成一切政策傾向年輕人的文化。

在人才梯隊(duì)培養(yǎng)中，微尺度國(guó)家研究中心依托中國(guó)科大多學(xué)科的基礎(chǔ)教育優(yōu)勢(shì)，鼓勵(lì)本科生開(kāi)展“大學(xué)生研究計(jì)劃”，從本科階段就進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室。獲教育部批準(zhǔn)成立“少年班—交叉學(xué)科人才培養(yǎng)模式創(chuàng)新試驗(yàn)區(qū)”，為微尺度國(guó)家研究中心交叉人才的培養(yǎng)提供了源頭活水。例如，出自少年班的中科院院士杜江峰的團(tuán)隊(duì)中，有一半成員來(lái)自少年班。

為了激勵(lì)年輕學(xué)子，微尺度國(guó)家研究中心每年撥出1000萬(wàn)元設(shè)立研究生特別獎(jiǎng)學(xué)金。2018年起，又設(shè)立了博士后配套支持專項(xiàng)經(jīng)費(fèi)，旨在吸引全球范圍內(nèi)的頂尖博士畢業(yè)生。“科研好、待遇佳”成為這里的真實(shí)寫(xiě)照。

羅毅表示，國(guó)家研究中心每年的運(yùn)行經(jīng)費(fèi)中，一半分配到各研究部，為科研人員提供穩(wěn)定支持；剩下的一半則用來(lái)設(shè)立各種青年人才支持計(jì)劃，如創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)支持計(jì)劃、人才提升計(jì)劃、女科學(xué)家助推計(jì)劃等。

各類計(jì)劃針對(duì)的對(duì)象很精準(zhǔn)。對(duì)于欠缺臨門(mén)一腳的年輕人有幫助他們成長(zhǎng)的提升計(jì)劃；對(duì)于已經(jīng)獲得“帽子”的優(yōu)青、杰青，則鼓勵(lì)他們拓展新的方向。“拿到了杰青，總得把眼光放遠(yuǎn)一點(diǎn)，做一些更大的事情。”羅毅說(shuō)。

在他看來(lái)，微尺度國(guó)家研究中心這幾年成果頻出，已經(jīng)證明“經(jīng)費(fèi)用在人身上效果最好”。微尺度國(guó)家研究中心的考核方式也很著名——每3年進(jìn)行一次信用考核，只需填張表列出自己的科研成果就可以了，文章、專利、“帽子”一概不問(wèn)。

“微尺度國(guó)家研究中心滿足了我的很多科研幻想。”陸朝陽(yáng)笑稱，這里環(huán)境寬松、尊重學(xué)術(shù)，鼓勵(lì)大家做好的科研，卻不需要快速出成果，因此可以制定遠(yuǎn)大的目標(biāo)，踏實(shí)完成。

“優(yōu)秀的人不需要考核，他們會(huì)自我鞭策、相互促進(jìn)。”羅喜勝說(shuō)，微尺度國(guó)家研究中心已然形成了相互正向影響的學(xué)術(shù)氛圍。

目前，微尺度國(guó)家研究中心擁有10支國(guó)家基金委優(yōu)秀研究創(chuàng)新群體、6支教育部創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)；15位院士、8位國(guó)家創(chuàng)新人才推進(jìn)計(jì)劃A類入選者、60位國(guó)家杰出青年科學(xué)基金獲得者、47位優(yōu)秀青年科學(xué)基金獲得者。其中，45歲及以下年輕人占比達(dá)65%。

“支撐國(guó)家發(fā)展的根本動(dòng)力還是科技，基礎(chǔ)研究和應(yīng)用基礎(chǔ)研究需要長(zhǎng)期積累，給優(yōu)秀的團(tuán)隊(duì)和人才持續(xù)穩(wěn)定的支持，假以時(shí)日一定會(huì)有收獲。”陳仙輝說(shuō)。