科技北京:三大“创新雨林”托起世界科创策源地

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科技北京:三大“创新雨林”托起世界科创策源地
发布日期:2022-06-08 20:38    点击次数:92
北京不靠海,但在京郊山脉下一座科研楼里,科学家们创造出了可以将海洋力量转化为电能的水能摩擦纳米发电机。科学技术的魅力在于,将不可能的转为可能,将匪夷所思的变为司空见惯。技术诞生于涌现想象力的土壤。五年的时间,怀柔雁栖湖畔生长出一座三千余名科技工作者集聚协作的科学城。科幻大片里的钢铁建筑,在这里成为了现实。再往南些,是未来科学城、中关村科学城,量子科技、生物技术、空间技术等前沿领域实验室及一批“大国重器”扎堆的地方。五年来,三片“创新雨林”相继栽下,新一代技术喷薄而出,拼成世界又一个创新策源地。十年间从无到有展厅讲解员启动开关,玻璃容器里的水翻滚起来,16只排成四列拴着细绳的小球按节奏晃动,与小球相连的LED灯亮了起来。“山东省大小的海面积,产生的电能便可满足目前全中国的总能耗,而千分之四的海平面面积发的电就能满足全世界使用。所以,蓝色能源的潜力不言而喻。”讲解员说,这些球状物体是水能摩擦纳米发电机,可以使海水的无规则运动转变为源源不断的电能。展厅里还有自动发光的滑梯,无需电池就可变亮的运动鞋,甚至不用换电池就可以产生电的心脏起搏器。中国科学院北京纳米能源与系统研究所(以下简称“纳米能源所”)展厅讲解员介绍,这些看似不可思议的物体背后都有一个纳米发电机。一直以来,能源危机是世界关注的焦点,而发展可再生、环保的新能源是最紧迫的挑战之一。而中国科技界一直很重视纳米科技的创新与发展,在纳米领域涌现出很多原创性成果,比如在纳米发电机和压电电子学两个领域,中国在国际上是领跑者。怀柔科学城,中科院纳米能源所展厅里的自供能心脏起搏器 。新京报记者 赵利新 摄2012年4月成立的纳米能源所,是国内在压电电子学、压电光电子学、纳米发电机及微纳能源、微纳自驱动传感等领域的先驱。2020年9月,纳米能源所入驻怀柔科学城,是怀柔科学城正式启动建设以来,第一个整建制搬迁入驻的科研机构。“研究所十年间从无到有,就像一棵大树从生根发芽到茁壮成长,再到结出一些科学硕果。有的果子,还填补了人类科学史的空白。从事科学研究就是这样,一点一点积累经验,最后汇聚成星辰大海。”纳米能源所智能结构与系统实验室负责人程廷海研究员,主要开展微纳能源俘获、自驱动传感以及机电一体化智能装备方面的研究,提出了系列机械模式摩擦纳米发电机的设计方案,研制开发出多种原理与类型的摩擦电式机械运动传感器。如今纳米能源所已具备较为全面的学科布局与科研力量,也发起“纳米能源与纳米系统国际会议”等国际同行认可的权威会议。但是纳米能源所的科研人员并不将满足仅停留在基础科研层面,程廷海说,“就像王中林院士所希望的,真正把成果应用到祖国的大地上去,造福人民,现在我们已经研发成功多项应用技术,并孵化出多家企业。”突破成就了生命谷一条轰隆的高速公路隔着绿化带从一片建筑群的西边穿过,东南方向一条地铁线牵连着大学、医院和科研院所。中关村生命科学园管委会协调处处长杨薇薇指着沙盘上两条交通线之间的大片区域表示,这里未来将建成4.7平方公里拓展区。百济神州“泽布替尼”、诺诚健华“奥布替尼”,博雅辑因地贫症基因编辑药物、数坤科技心血管AI诊断软件,这些中国原创医疗产品所诞生的地方,如今有一个如雷贯耳的名字——生命谷。杨薇薇介绍,生命谷现已聚集了北京生命科学研究所、北京脑科学与类脑研究中心等一批研发机构,汇集了王晓东、施一公、邵峰等200多名知名科研工作者;目前园区入驻医药健康企业500余家,在基础研究、研发中试、生产流通、终端医疗等环节都聚集了一批重点企业和机构,初步形成全产业链聚集态势。细胞与基因治疗是通过遗传物质直接或间接干预疾病的发生、发展或进程的创新型疗法,细胞与基因治疗产品的精确开发,有望从根本上治愈一些现有的常规疗法不能解决的疾病,我国在这方面一度存在空白。“要弥补国内细胞与基因治疗创新平台的空白,就需要拥有覆盖关键技术研究、核心工艺开发和中试生产的全方位工业化的支撑体系。而这些体系,在建成中关村生命科学园后,都慢慢建立起来了。”清华工研院细胞与基因治疗创新中心信息工程总监郝国舜告诉记者,现在创新中心依托清华大学等北京顶尖院校的人才与技术优势,正在利用多学科和行业领先的技术资源实现本领域平台化发展与底层技术的根本突破,“新技术就像一个新生命一样,一定要突破很多障碍,才能出现、成长并成熟。”2015年成立于“生命谷”的华辉安健(北京)生物科技有限公司,也经历了从“0”到“1”的突破。首席执行官陈彬告诉记者,公司入驻生命谷后,得益于人才和配套支持,顺利地建立了抗体发现与抗体工程平台、蛋白质工程与生产平台、小分子发现平台以及转化科学平台等技术研发平台。同时,公司已建设完成总产能4000升、总建筑面积5400平方米的具备完整大分子药物生产工艺的中试生产平台。该平台依托公司自身丰富技术经验,聚焦工艺开发与规模放大环节,采用国际先进的软硬件设施和质量控制体系,可以高质量满足从IND申报到临床三期的临床样品生产需求。量子院里“90后”接力2017年底,在南京大学担任副教授的于海峰,收到了中科院院士薛其坤的邀请,询问他是否愿意加入一家准备主攻超导量子计算研究的新型研发机构。当时,清华大学、北京大学、中科院等高校、科研机构都持续发力量子信息研究,北京在这一领域具备突出优势,但由于科研力量分散,资源优势并未充分发挥出来。2017年12月24日,北京量子信息科学研究院(以下简称“量子院”)揭牌成立。量子院由薛其坤院士领衔,组建了300余人的专、兼职人员队伍,目标便是将在京的人才、机构资源整合起来,从事原创性科学研究。4月28日,新京报记者在于海峰的实验室里,见到不少年轻的科研人员正在忙碌。“90后”科研人员刘伟洋正俯身给一台制冷机装线,他告诉记者,在量子院里工作感到特别幸运,因为这里工作氛围很好,“量子院的老师们,对团队的青年人才有着充分的信任,不唯论文、不唯职称、不唯学历、不唯奖项。”量子院实验室里,科研人员刘伟洋在为制冷剂装线。新京报记者 赵利新 摄让刘伟洋感到幸运的科研氛围,可追溯于2018年北京市出台的《北京市支持建设世界一流新型研发机构实施办法(试行)》中的“五新”机制。该文件指出,要激发科研人员积极性和创造性,做到打破传统,实行新的运行体制;稳定支持,实行新的财政支持政策;尊重规律,实行新的绩效评价机制;赋权转化,实行新的知识产权激励;开放共享,实行新的固定资产管理方式。制度上松了绑,人才像潮水一样从四面八方聚集起来。量子院院长助理张硕回忆,2018年底,量子院迎来了第一位全职科研人员;此后的短短3年里,量子院陆续引进了200余位全职科研人员。张硕表示,在科研经费管理上,市科委、中关村管委会大力支持科研经费,并鼓励科研院所在人才引进、科研经费使用等方面拥有更大的自由度,为人才引进创造了极佳的环境。量子院副院长、清华大学教授龙桂鲁在介绍科研成果。新京报记者 赵利新 摄人才不仅顺利引进,而且还愿意留下,从而涌现出许多个生机勃勃的团队,他们取得的科研成果接连震惊世界。量子院副院长、清华大学教授龙桂鲁团队与陆建华团队合作发布世界首台量子直接通信样机、实现百公里量子直接通信距离;量子院兼聘研究员、清华大学教授鲁巍制成世界首台工业级超短超强太瓦激光器及超强激光驱动桌面同步光源样机;于海峰团队攻关的单个超导量子比特退相干时间突破500微秒大关。龙桂鲁介绍,量子直接通信改变了传统保密通信的双信道结构,将噪声信道下的可靠通信发展为噪声和窃听信道下的可靠和安全通信,不仅能够感知窃听,还能够阻止窃听。不久前,他们设计和实现了一种相位量子态与时间戳量子态混合编码的量子直接通信新系统,成功实现100公里的量子直接通信,这是当前世界上最长的量子直接通信距离。“关于量子,还有很多奥秘需要发现。”龙桂鲁说,新系统在激光脉冲频率上还有很大的提升空间,相应的通信距离、速率有望进一步提升,从而满足部分场景的应用需求,“科学永无止境,团队还有很多事情要做。”科学装置铸就科学城一张20年前的照片,挂在综合极端条件实验装置园区的一面墙上。中科院物理所研究员、怀柔研究部主任吕力指着照片左边第一排最边上的小伙子告诉记者,“这就是20年前的于海峰,现在已经是领衔科学家了。”怀柔科学城综合极端条件实验装置园区挂的照片,第一排左一为于海峰。新京报记者 赵利新 摄在物理学领域,有一个绝对零度的概念,即-273.15℃。通俗来讲,代表冷到不可能再冷的最低温度,而在综合极端条件实验装置的量子计算中心,能做到仅比绝对零度高0.001℃。吕力说,“在这种极低温条件下,能观察到丰富的量子物态,进而探索实现量子计算。”物质的状态跟温度、压强、磁场等有关。综合极端条件实验装置就是利用极低温、超高压、强磁场、超快光场等极端条件来研究物质科学的。比如水有液态、固态、气态三种状态,调控水的状态把水变成水蒸气,人类发明了蒸汽机,掀起了第一次工业革命;调控电磁场的状态,人类开启了第二次工业革命,进入电气时代;调控电子的能带状态,导致了第三次工业革命——信息化。“从物理学的角度,能不能靠继续调控物质的状态、物质中电子的状态,对第四次工业革命做出贡献,期待这个大科学装置能够为此出力。”吕力说。物理所是国内低温技术和低温物理研究的发源地。吕力介绍,洪朝生先生在20世纪50年代回国后,带领大家研制制冷机,1956年实现了氢的液化,这一技术使得两弹一星之火箭上天成为可能。1959年实现了氦的液化。之后,物理所在20世纪70年代末研制成功了稀释制冷机,达到30mK温区;2008年研制成功了核绝热去磁制冷机,进入亚mK温区;2010年实现了国际最低的电子温度。除了综合极端条件实验装置以外,地球系统数值模拟装置于2021年6月23日落成启用;高能同步辐射光源于2021年6月28日安装首台科研设备电子枪;空间环境地基综合监测网土建工程完工;多模态跨尺度生物医学成像设施完成主体结构封顶,在今年将要全面竣工。这些“大国重器”,将成为怀柔科学城的名片。河北张家口,服务于冬奥会冬残奥会的搭载亿华通氢燃料电池系统车辆。受访者供图一辆蓝色的公交车,在冰天雪地里驶离张家口火车站,很快到达北城核心商业区;虽然是零下十几摄氏度的低温,但公交车行驶平稳、噪音不大。这是一台搭载氢燃料电池的公交车,在冬奥会冬残奥会期间,中国首次在重大国际赛事上大规模成功使用氢燃料电池汽车,共启用近1200辆氢燃料电池汽车。让北京亿华通科技股份有限公司常务副总经理于民骄傲的是,近1200辆氢燃料电池汽车中,搭载亿华通氢燃料电池系统的车辆有700余台,占比64%;运营里程260余万公里,减碳2200余吨。据介绍,氢燃料电池车辆应用是一个复杂的系统工程,首先是制氢,不能成本太高,让市场望而却步,政府补贴不起;其次是储运和加注,这就要求有一定的市场占有率从而支撑完整的储运加配套产业;第三是燃料电池堆技术,近年来该技术成本不断下降,已经完全具备商业化运营的基础条件;最后是配套的整车生产技术,如果没有企业愿意配合,就算技术再好也不会得到应用。这就注定,氢能产业不是几家企业可以推动的,需要凝聚科研机构、企业、政府、社会的力量。首都托起国际科技创新中心6月6日,国家科技部部长王志刚在新闻发布会上介绍,中国全社会研发投入从2012年的1.03万亿元增长到2021年的2.79万亿元,研发投入强度从1.91%增长到2.44%;世界知识产权组织发布的全球创新指数排名,中国从2012年的第34位上升到2021年的第12位,中国在全球创新版图中的地位和作用发生了新的变化;中国既是国际前沿创新的重要参与者,也是共同解决全球性问题的重要贡献者。正如一台机器需要无数个精密器件在统一指令下才能准确运作,一座冲击世界创新策源地的城市,需要无数个科学家、产业园和一个格局宏阔而步骤明确的大擘画。以“国际科技创新中心”为定位的北京,背负着更大的使命。2016年9月,国务院印发《北京加强全国科技创新中心建设总体方案》,指出要统筹规划建设中关村科学城、怀柔科学城、未来科学城,将北京打造为世界知名科学中心;2017年5月,国家发展改革委、科技部联合批复《北京怀柔综合性国家科学中心建设方案》,怀柔科学城成为综合性国家科学中心集中承载地;2017年9月,《北京城市总体规划(2016年-2035年)》指出,怀柔科学城要建成与国家战略需要相匹配的世界级原始创新承载区。2017年2月,习近平总书记视察北京,再次明确北京“四个中心”的城市战略定位,强调北京最大的优势在于科技和人才,要以建设具有全球影响力的科技创新中心为引领,抓好“三城一区”建设,努力打造北京经济发展新高地。2017年6月,北京市第十二次党代会明确了未来五年“以建设具有全球影响力的科技创新中心为引领,着力打造北京发展新高地”的发展目标。2022年,人工智能、大数据、区块链、量子通信等新兴技术加快应用,培育了智能终端、远程医疗、在线教育等新产品、新业态;据数据显示,北京技术交易合同额中,有70%输出到外地,充分发挥出中心辐射带动示范作用。未来,中关村科学城将继续集聚全球高端创新要素,形成一批具有全球影响力的创新型领军企业、技术创新中心、原创成果和国际标准;怀柔科学城将持续聚集一批大科学装置,建设国家重大科技基础设施和前沿科技交叉研究平台,吸引聚集全球高端科学家;未来科学城将继续集聚一批高水平企业研发中心,持续引进“千人计划”人才,打造全球领先的技术创新高地。选择以国际科技创新中心为定位的北京,在以国际化和开放共享的姿态探索科技前沿领域。新京报记者 赵利新编辑 张树婧 校对 柳宝庆

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