基礎研究有什么用

陳海波 詹媛

黨的十九屆五中全會提出，堅持創新在我國現代化建設全局中的核心地位，把科技自立自強作為國家發展的戰略支撐，面向世界科技前沿、面向經濟主戰場、面向國家重大需求、面向人民生命健康，深入實施科教興國戰略、人才強國戰略、創新驅動發展戰略，完善國家創新體系，加快建設科技強國。

習近平總書記在科學家座談會上指出，持之以恒加強基礎研究?；A研究是科技創新的源頭。

如今，人們對于基礎研究重要性的認識已經有了一定共識，但放到具體的語境中，仍然有不少人認為基礎研究短時間內很難直接轉化為生產力，無法帶來實實在在的收益，以至于“為什么投入那么多錢搞基礎研究，而不是做扶貧”之類的問題，時不時就要放諸公共輿論場進行探討。

其實不只是“卡脖子”技術問題需要通過基礎研究來解決，它也是保障民生和攀登科學高峰的基石——沒有堅實的基礎研究，這一切都將是空中樓閣。

在根本上解決“卡脖子”問題

從傳統互聯網時代到移動互聯網時代，新一代信息技術飛躍發展，物聯網、5G、人工智能……它們都離不開一個硬件支撐——芯片。然而，這兩個字很長一段時間是中國人心中的隱痛。無論是計算機還是手機，我們的芯片嚴重依賴國外，受制于人?！翱ú弊印钡谋澈?，是基礎研究能力的不足。

幾年前，中國科學院孵化企業、寒武紀科技研發出新一代人工智能芯片，使得中國在智能手機、無人機、智能攝像頭、智能駕駛等領域有了自己的芯片?！昂浼o”芯片并非橫空出世，而是基于中國科學院多年相關基礎研究而設計，并實現產業化。

經過長期努力，科研團隊優化深度學習算法，并提出了一種與通用計算完全不同的指令集。所謂指令集，就是電腦硬件與軟件之間互相“對話”的語言。與傳統的通用計算指令集相比，這種新的指令集更類似人類大腦的學習方式。在這些研究的基礎上，他們設計了“寒武紀”芯片。執行這個指令集的“寒武紀”芯片可以模擬人類大腦的神經元和突觸，一條指令即可完成一組神經元的處理。這種計算模式在做智能處理時，比如識別圖像，效率比傳統芯片高幾百倍。

“中國原來在這方面幾乎沒有發言權，但智能時代給了我們機會?！薄昂浼o”芯片主要研發者之一、中國科學院計算研究所研究員陳云霽在回首這段科研經歷時曾說，他們抓住了機會，“邁出第一步”，但芯片研發是一個日新月異的領域，必須特別努力，才能在競爭中最終勝出。后面的路還很長，要持續研究，不能松懈。

西安電子科技大學助理教授孫丹陽表示，“卡脖子”問題的表層原因在于缺乏關鍵核心技術所導致的產業升級和發展的困難。而核心技術又來自哪里呢？這一路追問下來，就回到了知識生產的原點：基礎知識的供給狀況。由此，人們形成一種線性共識：“卡脖子”現象的深層原因在于基礎知識的短缺。一切看似順理成章，然后就樂觀地認為：加強基礎研究就可以徹底地解決“卡脖子”問題。客觀地說，基本方向沒錯，但是如果依此貿然決策則充滿了太多的不確定性，而且基礎研究的遠水也解決不了“卡脖子”的近渴。

現在研究已經證明，從基礎研究成果到具體生產技術要經歷三次轉換：第一次轉換，基礎研究成果加上目的性轉化成技術原理;第二次轉換，技術原理加上功效性轉化成技術發明;第三次轉換，技術發明加上經濟性與社會性考慮轉化成具體生產技術。從這個漫長的轉化鏈條上，任何一個環節出現問題，都會影響從基礎知識到具體技術的轉化效率。雖然現代科技體系的協同性在加強，整體轉化效率有所提高，但是這種不確定性仍然是普遍存在的。為了減少這種不確定性，一個合理的做法就是縮短這個轉化鏈條的長度，這樣就能達到事半功倍的效果，如從技術原理切入，而不是直接從基礎研究切入，這樣選擇效率會更高，目標更明確。

現在需要明確兩個問題：首先，基礎研究成果是全球共享的。任何國家都不能包打天下，提供所有的基礎研究成果，也沒有這個必要。其次，中國是一個發展中國家，科技資源要素的投入（人、財、物）都是有限的，即便要加強基礎研究，也只適合小步快跑模式。最后，從事基礎研究的人才也不會短期內快速涌現，這一切硬性約束都需要我們按照科技發展規律行事，不能采取沖動型決策?；A研究應該加強，但是不能搞大躍進，漸進式地提升基礎研究在科研中的權重才是最務實的發展路徑。

痛定思痛，如果說“卡脖子”問題的遠端原因在于前沿知識的匱乏，那么借此契機，凝聚全社會重視基礎研究的共識，營造適合基礎研究的氛圍，以及構建相應的制度安排則是當下更為重要的基礎性工作?；A研究成果不僅是一個社會的知識蓄水池，更為重要的是，通過推進基礎研究能夠培養人才，重塑科技生態，使科技共同體去除浮躁，畢竟基礎研究是探索未知的過程，它需要耐心和毅力，以此增加對周圍世界的理解與認知，它產出的是新的科學理論、規律與方法等，而這一切都是非功利性的。假以時日，這種努力就會重塑中國科技界的精神氣質，也才能做出真正重要的知識成果。

哲學家波普爾曾提出世界3理論，即客觀知識的世界，只有客觀知識豐富的地方，人的精神世界（世界2）才能更豐富，改造物理世界（世界1）的能力才能更強，而這種能力又能形成更多的客觀知識（世界3），由此形成正反饋，反之亦然。從這個意義上說，加強基礎研究，雖然短期內無法解決“卡脖子”問題，但能豐富我們的客觀知識。從長遠來看，則是避免再次出現嚴重“卡脖子”“卡腦袋”問題的根本解決之道。因此只有夯實基礎研究之根，潛在的技術創新才可能“枝繁葉茂”。

讓人民生活更美好

龍龍今年3歲4個月，本該活潑好動的年紀，卻因為患上科凱恩氏綜合征造成了生長遲緩、甚至停滯。科凱恩氏綜合征又稱早衰癥，是一種罕見病?；颊叱錾鷷r表現正常，1歲左右開始出現發育遲緩等癥狀，表現為多組織器官的功能加速衰退，從而過早地進入全身系統性衰老狀態，患者壽命在7到20歲。

早衰癥是一種基因變異導致的疾病，常規方法無法治療。但基礎研究的進展正給患者帶來希望。

中國科學院動物研究所研究員劉光慧是中國細胞生物學學會衰老細胞生物學分會會長。他介紹，近年來，基礎生物學家對早衰癥的了解日漸加深，在早衰癥的遺傳學基礎、衰老的分子機理研究、早衰癥表觀遺傳學調控等方面都有進展，也建立了相關的靈長類動物模型，在微觀水平對早衰癥的發病機制和治療靶點有了更多認識。

基礎研究的突破帶動了臨床發展。劉光慧領導的科研團隊與中國人民解放軍總醫院、北京大學等單位進行合作，正在對小分子藥物治療科凱恩氏綜合征進行探索和嘗試。期待通過他們的努力，這些患兒可以早日減輕病痛、恢復健康。

中國科協生命科學學會聯合體秘書長王小寧表示，無論是罕見病藥物，還是高鐵、智能手機、移動支付、無人駕駛等我們種種生活改善的背后，都有著基礎研究的功勞?；A研究看似離我們的生活很遠，但對保障和改善民生有著重要作用。比如，新冠肺炎疫情期間，我國多條技術路線并行研發新冠疫苗，如果沒有相關基礎研究的積累，這是不可能做到的。

基礎研究對民生的改善，在生命科學領域有著許多成功案例。筆者最感同身受的就是“人類基因組計劃”。

人類基因組計劃被譽為生命科學的“登月計劃”，旨在測定組成人類染色體中全部30億個堿基對組成的核苷酸序列，從而繪制人類基因組圖譜，達到破譯人類遺傳信息的最終目的。人類基因組計劃的順利實施讓人類可以更為精準地認識生命，大幅度提高疾病診斷和精準治療的效率，也帶動了農業和環境生物技術的發展。這項計劃還催生出一個全新的生命科學研究模式——“工廠化研究模式”，即利用工程化的集成技術去獲得海量的數據，并依賴信息技術找到有用的信息。

中國科學家也參與了這一浩大工程，也由此催生出了國家人類基因組南方研究中心、國家人類基因組北方研究中心等研究機構。短短十年間，中國基因組研究就實現了由跟跑到領跑的跨越，并催生出巨大的生物技術產業。人類基因組計劃完成以后，生命科學進入“后基因組時代”，國內基因組研究的重點集中在破解各類物種和個體的全基因組圖譜上，也正是這一旺盛的需求和潛在的產業價值，推動了基因組技術本身的發展。

毫不夸張地說，沒有基因組研究的基礎，就不可能有我國SARS、禽流感和新冠肺炎疫情防控的偉大成就。

攀登科學高峰的基石

量子計算機是許多科學家的夢想，也是各國激烈競爭的技術高地。在這個科技競賽的跑道上，中國人的身影出現在了前面。2017年，我國成功研制世界上首臺超越早期經典計算機的光量子計算原型機，并演示了超越早期經典計算機的量子計算能力。2020年，我國首個超導量子計算云平臺上線，向全球用戶提供真實的量子計算云服務。

量子計算機成功研制的背后，是基礎研究的不斷突破和積累。

量子糾纏是量子計算的核心資源，通過對糾纏態的研究，可以為研制高速度的量子計算機打下基礎。2004年，中國科學技術大學潘建偉團隊在國際上首次實現5粒子糾纏態。此后，他們一直走在前列，并不斷刷新紀錄——2019年在世界上首次制備出12個超導比特的量子多體糾纏態。與此同時，我國科學家還實現了量子比特的概率性遠程克隆等“國際首次”。就在2020年6月，潘建偉、苑震等人在理論上提出并實驗實現原子深度冷卻新機制的基礎上，在光晶格中首次實現了1250對原子高保真度糾纏態的同步制備，為基于超冷原子光晶格的規?；孔佑嬎闩c模擬奠定了基礎。

“在量子的世界里，我們還在向上攀登的路上。”潘建偉幾年前的這句話，現在仍然適用。

中科院戰略咨詢研究院研究員萬勁波表示，隨著科研投入持續快速增加，我國的科研基礎設施和實驗條件平臺有了極大改進，科研產出、科研水平及其在國際上的影響力大幅提升，在部分學科方向上已達到國際前列，越來越多領域、行業的科技創新正在進入“無人區”狀態，一些重要方向具備了“攀登科學高峰”的厚實基礎。

2019年，我國研發經費2.2萬億元，連續4年保持兩位數增長，總量位居世界第2;研發經費投入強度穩步提升，已接近歐盟15國平均水平;研發人員總量450萬人年，連續7年穩居世界第一;高等教育毛入學率達到51.6%，邁入普及化發展階段。在高的歷史起點上，要堅持把發展作為第一要務，將“科技創新立國”作為基本國策，打通從教育強、人才強到科技強、產業強、經濟強、國家強的戰略通道。

未來15年，我國將跨越中等收入陷阱，向高收入經濟體邁進。只有實現從“創新型國家行列”向“創新型國家前列”邁進的歷史性跨越，才能為“實現由大國到強國的歷史性飛躍”奠定堅實的基礎。相應地，科技創新支撐引領高質量發展的能力也需要邁上新臺階。

“攀登科學高峰”要堅定創新自信，堅持走中國特色自主創新道路。自主創新是開放環境下的創新。與發達國家相比，我國在事關引領未來發展的基礎前沿領域以及數學、天文等基礎學科和關鍵核心技術攻關等方面存在不少薄弱環節。加之科研儀器自主研發能力薄弱，已成為制約我國原創性科研成果產出的基礎瓶頸。要實現從跟蹤模仿向創新引領的根本性轉變，必須打造更加高效靈活的創新生態系統，把弘揚勇攀高峰、敢為人先的創新精神和增強創新自信作為推動重要科技領域躋身世界領先行列的重要基礎。面對知識、技術、人才、數據、信息等要素的全球流動，我國要主動融入全球創新網絡，加快構建新發展格局，在更高歷史起點上推進科技創新和開放創新，把創新的主動權、發展的主動權牢牢掌握在自己手中。

“攀登科學高峰”要愛惜青年才俊，從過度競爭擇優轉向普惠支持。好奇心是人的天性，對科學興趣的引導和培養要從娃娃抓起，使他們更多了解科學知識，掌握科學方法，形成一大批具備科學家潛質的青少年群體。鼓勵優秀青年人才勇挑重擔，包容失敗，營造脫穎而出的人才發展環境。長周期普惠支持處于創新黃金期的優秀青年人才潛心專注于前沿科學問題研究，避免科研布局“短平快”路徑依賴。建立以信任為前提的頂尖科學家負責制，保障其充分的人財物自主權和技術路線決定權，發現一批創新思維活躍、敢闖“無人區”的青年才俊和頂尖人才。