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这是一支擅打集体赛的国家队——记合肥微尺度物质科学国家实验室(筹)

时间:2007-09-28 08:45:00 来源:科技日报|http://www.stdaily.com/
   2007年度“全国教育系统先进集体”评选工作8月底结束,中国科学技术大学(以下简称中国科大)合肥微尺度物质科学国家实验室榜上有名。
  近年来,科技产品日益向微型化、集成化和智能化发展,小尺度范围现象和器件的研究越来越重要。合肥微尺度物质科学国家实验室就是以纳米科技、生物科技、信息科技和脑科学的基本单元,即以原子和分子、细胞、比特、神经元为主要研究对象,以其交叉为主线,研究与微尺度物质相关的科学问题的研究机构。
  自2003年筹建以来,合肥微尺度物质科学国家实验室的研究成果连续4年入选两院院士评选的“中国十大科技进展”,3次入选国际物理学研究进展;已在《科学》、《自然》及其子刊上发表10篇论文;研究队伍包括7名中国科学院院士、25名国家杰出青年科学基金获得者、5个国家自然科学基金委创新研究群体和3个教育部创新团队。
  筹建不到4年,缘何能取得如此成绩?《科学时报》记者近日到该实验室一探究竟。

未雨绸缪 面向国家战略
  2006年2月,国务院发布《国家中长期科学和技术发展规划纲要》。合肥微尺度国家实验室发现,实验室在2004年规划的前沿交叉研究方向与国家基础研究四大研究计划基本相符。
  由于提前布置了科研队伍,实验室迅速组织力量,在量子调控、蛋白质研究、纳米研究和发育与生殖研究4个国家重大研究计划中全部领衔承担项目;2006年实验室还被列为“十一五”量子调控研究国家科技重大研究计划的两个委托研究基地之一;此外,实验室还领衔承担了两个“973”计划项目。
  据介绍,早在2000年组织有关创新研究的研讨时,中国科大就发现不同学科之间的交叉与综合已成为取得重大创新性研究成果的必要条件之一。2001年,学校打通学科和院系间的界限,对结构分析、选键化学、量子信息(部分)、生物大分子结构与功能4个中科院重点实验室和校内的原子分子物理重点实验室进行交叉整合,组建了一个跨物理、化学、生物、材料、信息这五个一级学科交叉的研究平台,开展微尺度物质科学方面的研究。
  2003年成立国家实验室后,实验室在交叉前沿基础研究和能源科技、信息科技、人类健康、国家安全等国家重大需求方面作出一系列部署。实验室常务副主任、中国科大学常务副校长侯建国说:“我们成立实验室的目标很明确,就是希望组建一支能承担国家重要科技任务、在科学前沿参与国际竞争的科研队伍,为未来国家高新技术的发展提供创新性成果。”
  4年来,国家实验室完成了单分子自旋态的控制、六粒子纠缠态的制备与操纵、远距离自由空间量子通信、癌细胞可能起源途径等数项世界一流的研究成果,发表SCI论文1000多篇,在《科学》、《自然》、《物理评论快报》、美国《国家科学院院刊》、《美国化学会志》等高水平杂志上发表文章40多篇。

站在国际竞争最前沿
  “目标首先要定得高,要针对当前最重要、国家最急需的科学前沿问题。要站在国际竞争的最前沿和国际顶尖科学家竞争,达到能和他们对话的水平。”侯建国说:“比如当前微电子技术的发展达到很高水平,但微电子发展总有极限,因此,需要我们对未来信息科技的发展作前瞻性的探索研究,比如量子通讯和纳米量子器件。”
  量子通讯能实现绝对保密,对国家信息安全有重大意义。2006年,合肥微尺度物质科学国家实验室的潘建伟团队实现100公里量级的绝对保密通讯,成为全世界能实现这一技术的3个研究组之一。研究组的陈增兵教授说:“我国是通信大国,同时也是保密弱国,如果量子信息能发展起来,就是与国际处在同样的起跑线上。”
  2004年,潘建伟团队在世界上首次完成五光子纠缠实验,走出实现线性光学量子计算的第一步。2005年,该团队实现13公里长度的量子纠缠分发以及量子密钥传送。2006年,又实现六光子纠缠,为各种实用化的量子信息研究开创了新起点,研究论文被选为《自然—物理学》封面文章。目前,研究组还实现了20公里的量子通讯实时保密电话。
  如何从当今世界竞争激烈的交叉科学研究中脱颖而出、独树一帜?侯建国认为:“有效的交叉首先要提出前沿的交叉问题,其次还必须有实力解决问题,这就需要具有多学科背景的高水平人才和研究手段。而这些正是我们的长处!合肥微尺度物质科学国家实验室提供了解决交叉问题、取得创新成果的良好平台。”
  中国科大一直以来都有学科交叉的传统,很多专业都是从数学、物理专业发展起来的,各学科间的人员流动也很自由。比如侯建国是从物理系来到化学物理系的,微尺度实验室的施蕴渝院士是从生物物理系来到生物系研究结构生物学的,校长朱清时院士是从近代物理系转到化学物理系的。
  设施先进、技术精湛的技术支撑平台为微尺度国家实验室的创新研究奠定了技术基础。经过几年的建设,理化分析实验室拥有40多台大中型仪器,成为拥有国家级计量论证资格的单位;生物技术实验室是国家发改委认证的几个生物安全防护三级(P3)实验室之一;低温强场实验室有8特斯拉和15特斯拉低温超导磁体和超导量子干涉仪等先进设备。实验室还自主研发、改进了一批设备和系统,如目前国际上性能最好的纠缠光子源、具有世界最高分辨率的扫描探针俄歇谱仪系统、能把分子原子冷却到接近绝对零度的激光冷却痕量同位素检测装置、国内第一台纳米精度的激光光镊操控与检测系统等。
  曾在美国太平洋西北国家实验室担任客座研究员的林子敬教授表示,微尺度国家实验室搭建的计算机系统,使其研究小组的计算能力超过了美国实验室的平均水平。
  2005年,实验室成立了第一届国际学术咨询委员会(IAAC),由13名国际上各个领域包括诺奖得主在内的知名科学家组成,每年在实验室举行一次会议,对实验室的研究工作进行评价、提出意见。在2005年的报告中,IAAC专家一致认为:“实验室的许多主要研究成果已达到或接近国际水平。”
  IAAC两年一届,侯建国说:“除几位连任外,IAAC的大部分成员换届时将会更换。希望通过10年,经过同许多国际知名科学家面对面地学习、交流和研讨,进一步提高国家实验室在国际上的知名度和竞争力。”

“化学作用”来自团队合作
  国家实验室三楼的“学术沙龙”,房间布置简单、明快,室内弥漫着煮咖啡的浓浓香味,圆桌旁“长江学者”杨金龙教授和四五位青年教授正在聊天。
  杨金龙说,中国科大没有“学霸”诸侯,没有“山头”主义,一批潜心研究的学者可以平等交流、自由创造。他们量产一流成果的“化学作用”,来自和谐、充分的团队合作。
  2005年,侯建国、杨金龙团队在单分子层次上进行手术,通过化学键剪切,在国际上首次实现了对单分子磁性的控制。该工作在《科学》杂志发表后,美国化学学会网站评述:“通过单分子选键技术调控分子物性听起来像是科幻,但被中国科学技术大学的研究组实现了。”
  国家实验室的平台下,所有资源共享。4年来,实验室举办了几百场学术讲座或沙龙,研究人员还自发成立了“教授俱乐部”以加强联系和了解。记者采访温龙平教授时,他正忙着参加课题组的学术沙龙。温龙平先后在新加坡分子及细胞生物学研究所、斯坦福大学医学院任研究员,在美国、加拿大及国内数家生物技术公司任研发总监。他说:“我3年不用写总结,可以腾出许多时间干自己的工作,实验室也没急于要我们在短时间内出成果。”
  “科学研究不能搞短、平、快。”侯建国认为,对有些研究人员,不应采用每年固定格式的评价,不必在细小的考核环节上花费精力,应充分发挥他们的效能。
  回来仅仅两年之后,通过多学科交叉研究,温龙平研究组在增强药物透皮技术方面取得重要进展,筛选出了能携带蛋白质大分子药物的增强透皮短肽,能短暂打开皮肤通道。蛋白质类药物经皮给药方便、有效、低成本,解除病人重复注射的痛苦。据测算,仅透皮胰岛素1项就有每年超过50亿美元的市场需求。目前他们正在与一家公司合作,准备过渡到人体试验。
  此外,实验室淡化排名,采取措施鼓励跨学科研究、理论与实验交叉研究,同等条件下优先支持不同研究组联合申报交叉创新研究的设备和项目;对跨学科交叉联合培养的研究生给予助研经费资助。2004年至今,实验室从海外引进23人,先后形成5个国家自然科学基金委优秀研究创新群体、3个教育部创新团队和2个海外合作研究团队。
  “不同学科的科学家在一起能产生更多创新思想,团队合作能更有效地促进创新研究。然而真正、长期的交叉合作并非易事,但微尺度国家实验室的研究人员在一起已经发生了比预期快得多的化学作用,形成了交叉合作的氛围和文化。”侯建国说:“我们的成功不仅靠单打,更多是靠相互合作与团队力量,打的是集体赛。”

作者:陈欢欢 来源:科学时报 2007-9-28

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