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        本文转载自科技中国

        作者:许晔 谢飞(中国科学技术发展战略研究院)

        首发刊载于《科技中国》杂志2019年4月第4期 观点

        原创性科技成果是指从产品的基础研究或创意,到产品的研发、制造和生产,全部由我国自己主导完成的一类科技成果。近几年,随着我国综合实力的不断提升、科技研发投入的持续增长、科技顶尖人才的刻苦攻关,我国涌现出了一批具有代表性的原创性科技成果。透明计算和量子技术是我国具备显著优势的原创性成果,这些科技成果的实际应用,已经实现了真正意义上的引领世界。

        一、我国典型原创性科技成果获得全球的广泛关注

        1.透明计算

        “透明计算”,用该概念发明人、中南大学校长张尧学的解释,就是通过网络,把存储、运算、管理进行物理或逻辑上的分离,将应用和硬件分开,实现个人在任意地点的统一体验。透明计算被认为是对传统的、已占据计算机领域长达60年之久的冯?诺依曼结构网络计算模式的首次突破,为网络计算提供了一种全新的模式和理论基础,该成果在国际上产生较大影响,论文不断被转载和引用。

        2.量子技术

        “量子技术”,主要包括量子通信和量子计算等领域。量子理论被认为是继牛顿经典力学后,人类科学的颠覆性发现。我国在量子技术的研究方面涌现出许多有影响力的原创性研究成果,得到了世界的关注。2019年8月6日,由我国科学家自主研制的量子卫星“墨子号”成功运行,使我国在世界上首次实现卫星和地面之间的量子通信。2019年11月21日,我国量子通信骨干网“京沪干线”项目合肥至上海段顺利开通。2019年3月8日,全球第一条量子通信商用干线“沪杭干线”全线开通。2019年2月,我国科学家在固态自旋体系实现了时间最优的量子控制,可使普适量子计算既快又好。多个世界“第一”的实现,说明我国的量子应用领域正走在世界的前端,也预示着量子技术正在从实验室走向市场。

        二、我国原创性科技成果产业化路径研究

        1.透明计算的理念创新和产品推广应用

        理念创新和产品研发。透明计算的理念创新,就是要构建一个可以兼容各种操作系统,并能够与其共存的新型操作系统,从而使每个人的电脑、手机和iPad等终端设备,可自由选择操作系统,自由选择使用功能。中南大学校长张尧学于2001年研制成功的一种“索普卡电脑”,在计算机的运算模式上,实现了时间和空间的扩展、运算和存储的分离。

        产品拓展和研发合作。从2009年开始,张尧学团队将透明计算从原来面向桌面计算机和局域网进一步拓展至无线和移动互联网。到2010年,他们在移动互联网上提出了一种新操作系统,命名为“Trans OS”,它基于透明计算理念,在“核高基”重大专项的支持下完成了研制。张尧学团队的研究吸引了英特尔、惠普和IBM等公司的关注,并纷纷要求合作研发。2019年11月,中南大学、英特尔公司和湖南新云网科技公司,在长沙联合发布透明计算系统产品,产品开始进入量产阶段。

        产品的推广应用。透明计算产品首先在中南大学湘雅医疗大数据系统的建设中得到应用,目前已应用于跨区域跨医院跨系统就诊、个体化医疗信息安全采集和科研应用等方面,管理超过100亿条用户健康数据,实现用户隐私?;ず徒】凳荼憬莘梦?。此外,透明计算也成功应用到我国大型冶金企业的工控系统与工程设计部门,如广西有色华锡集团和中金岭南凡口铅锌矿等。

        2.量子技术的难点突破和国家重大应用

        前沿研究和人才培养。我国科研团队在量子通信和量子计算等前沿领域处于全球竞争的第一梯队,中国科技大学潘建伟研发团队为了学习国外顶尖实验室的先进技术,陆续推荐实验室的学生们分赴英国、美国、瑞士、奥地利等高水平国际小组中学习,有的学生赴德国海德堡大学学习冷原子量子调控,有的学生则到剑桥大学学习基于半导体量子点的固态体系量子调控技术等。

        难点突破和国家层面应用。根据量子物理理论,人们可以通过对光子、原子等微观粒子的精确操纵,以一种变革性的方式对信息进行编码、调制和传输,在确保通信安全和提升计算速度等方面能够突破经典信息技术的瓶颈。所以,对于这些微观粒子纠缠的相干操纵是发展实用化量子信息和量子通信必须的技术准备。潘建伟团队选择将光子作为研究和操纵对象,用了十几年的时间,极大发展了多光子纠缠和干涉技术,不但奠定了广域量子通信和光学量子信息处理的科学基础,也将量子保密通信技术带入了现实应用。

        潘建伟团队还与国内外多个实验室建立合作,如国际上有德国海德堡大学MatthiasWeidemller组、意大利Trento大学SandroStringari组、德国马普量子光学所ImmanuelBloch组、英国剑桥大学MeteAtature组等,国内有清华大学翟荟组、北京大学刘雄军组等。

        目前,我国已率先完成了包括五、六、八、十光子纠缠,利用多光子操纵率先实现量子信息处理关键方案,全面发展了面向实用化保密量子通信的光量子传输方法等一系列先驱性的系统工作。2009年我国已将光纤量子通信安全距离提高到200公里,组建了世界上首个多节点的全通型光量子电话网,2019年我国“量子科学实验卫星(QUESS)”也已成功运行。

        产品产业化和应用前景。目前,量子通信技术已经应用于金融、政务和军事等领域的信息安全传输。有分析认为,随着未来量子通信在城域网、城际网、广域网全面铺开,量子通信的应用领域将渗透到人们的日常生活,到2030年量子通信市场有望达到千亿元水平。

        三、对我国原创性科技成果产业化的相关建议

        1.抓住科技发展机遇,加强国家层面前瞻布局

        当前全球科技竞争日益加剧,一些国家和地区在量子技术等前沿领域不断加大研发投入,我国应更加重视科学原理和原创性科技成果的推广应用,对于看准的方向,要从国家层面加强前瞻布局。透明计算就是源于国家“透明计算—网络计算的模式及基础理论研究”项目的支持。我国量子技术的研发成就,也是得益于《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006—2020年)》的“量子调控研究”“重大科学研究计划”,得益于国家科技部973项目“量子通信和量子信息技术”等的支持。2019年发布的《“十三五”国家科技创新规划》又将量子通信列入了15个新部署的重大项目之一,必将对我国量子技术的研发提供强大的国家支持。

        2.注重培养顶尖人才和团队,支持原创性科研攻关

        原创性科技成果的研发成功,与科研人员的刻苦攻关密不可分,各国高端科技的竞争,最终就是顶尖人才和团队的竞争。透明计算的提出,源于中国工程院院士、中南大学校长张尧学的理念创新。量子技术的研发,则与潘建伟所领导的创新团队直接相关。正是这些国际一流人才的顽强攻关,才使我国在这些领域不断产出世界领先的原创性研发成果。

        3.创新产品研发模式,以技术突破推动市场应用

        在透明计算的产品研发上,中南大学采取与英特尔公司和湖南新云网科技公司联合研发的模式,依托中南大学—英特尔联合实验室,由湖南新云网科技公司实施推广应用。在量子技术的产品研发上也采取了创新的研发模式,科大国盾量子(原安徽量子通信技术有限公司)是以潘建伟院士团队实用化量子通信技术为基础,由中国科学技术大学发起组建的中国第一家从事量子信息技术产业化的企业。目前已形成了以量子密码通信终端设备、网络交换/路由设备为核心的量子信息安全系统整体解决方案。经验表明,我国应更加注重在技术突破后的产品研发模式创新,更加注重技术突破后的产品市场应用创新。

        4.加强地方层面的产业化跟进,服务更多应用领域

        我国成功发射的全球第一颗量子通信卫星,已建成的“量子通信京沪干线”,在国内初步形成的广域量子通信体系等,将推动量子技术在上海、合肥、芜湖等城市的使用,促进量子通信技术在政府部门、军队和金融机构等领域的广泛应用。透明计算的终端“小成本”和共享智能“大平台”,将在可穿戴设备、机器人、大数据和“互联网+”等领域得到应用,目前透明计算已应用到我国大型冶金企业的工控系统与工程设计部门,腾讯将其应用于手机定位和微信,阿里巴巴、华为和联想等企业也开始关注该成果。因此,我国应加快这些原创性科研成果的产业化步伐,尤其是加强在地方层面的产业化跟进,使我国这些处于全球领先地位的产品,能够服务于更多的实际应用领域。
















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