他們是心懷“國(guó)之大者”的青年科學(xué)家,他們是國(guó)際科研版圖上的中國(guó)力量。他們用青春砥礪報(bào)國(guó)之志、勇攀科技高峰。在五四青年節(jié)到來之際,我們一起見證:
他們“頂天”,上九天攬?jiān)?,追光于浩瀚星河?/STRONG>
他們“立地”,下五洋捉鱉,興農(nóng)以利萬民。
他們“拿得起”千斤重?fù)?dān),用最美好的青春承擔(dān)起中華民族偉大復(fù)興的歷史使命。
他們“放得下”富貴榮華,專心致志做國(guó)家最急需、對(duì)人民最有價(jià)值的工作。
“桐花萬里丹山路,雛鳳清于老鳳聲?!彼麄儽寂茉诿恳粋€(gè)“無人區(qū)”,奔赴每一場(chǎng)山海。
追光:追逐宇宙中那束“看不見的光”
“有時(shí)候一個(gè)夢(mèng)想,就可以點(diǎn)亮整個(gè)天空?!?020年高考前,清華大學(xué)發(fā)布了招生宣傳片《追光少年》。該宣傳片以清華大學(xué)“天格計(jì)劃”為原型創(chuàng)作。
清華大學(xué)天格團(tuán)隊(duì)的骨干成員主要由本科生構(gòu)成,卻研究著最前沿的基礎(chǔ)科學(xué)問題:自研衛(wèi)星荷載,自主開展在軌觀測(cè),捕捉茫茫宇宙中的伽馬射線暴。
天格不是“命題作文”,而是源于一次師生間的閑聊。2016年,工程物理系本科生溫家星正在準(zhǔn)備自己的畢業(yè)設(shè)計(jì)。和溫家星交流的,是工程物理系教師曾鳴和天文系教師馮驊。師生間的開放式討論產(chǎn)生了一個(gè)設(shè)想:自主研制空間伽馬射線探測(cè)的納衛(wèi)星科學(xué)載荷,探測(cè)中子星并合引發(fā)的伽馬射線暴。同時(shí),研制衛(wèi)星載荷也涉及多方面的工程知識(shí)。因此,在他們看來,這正是一個(gè)理工結(jié)合、面向前沿的科學(xué)真問題。
作為人類已知最劇烈的天體物理爆發(fā)現(xiàn)象,伽馬射線暴自1973年被發(fā)現(xiàn)以來,便一直是天體物理學(xué)的前沿研究領(lǐng)域。以它為目標(biāo),溫家星“招兵買馬”,一個(gè)由30多名學(xué)生組成的伽馬射線暴探測(cè)衛(wèi)星研究興趣團(tuán)隊(duì)正式成立。馮驊提出將項(xiàng)目命名為“天格”,寓意“天道酬勤、格物致知”。
一開始,項(xiàng)目指導(dǎo)老師就一直在思索,如何讓學(xué)生的學(xué)習(xí)科研對(duì)接國(guó)家的需要。眼下國(guó)家基礎(chǔ)科學(xué)蓬勃發(fā)展,天眼、悟空、墨子、慧眼等大工程相繼問世,為了駕馭這樣的工程,需要新一代基礎(chǔ)科學(xué)拔尖人才,他們既要通曉科學(xué)前沿,也要掌握工程思維,還要具有團(tuán)隊(duì)協(xié)作和項(xiàng)目管理能力。而要培養(yǎng)這樣的能力,只能通過真刀真槍、科工融合的實(shí)踐。因此,“天格計(jì)劃”正適合充當(dāng)新一代拔尖人才的“孵化器”。
“發(fā)射衛(wèi)星、探測(cè)宇宙是國(guó)家的事,你們本科生做得了嗎?還是不要好高騖遠(yuǎn)了。”宣傳片中還原了天格團(tuán)隊(duì)曾經(jīng)遭到質(zhì)疑的過程。
一邊是蠢蠢欲動(dòng)的雄心壯志,一邊是質(zhì)疑和冷水,對(duì)大部分學(xué)生項(xiàng)目而言,這或許就意味著結(jié)束。但當(dāng)一束光照向角落里的種子,種子就重新積聚起長(zhǎng)成參天大樹的力量。
發(fā)射一顆衛(wèi)星載荷,不算人員研發(fā)成本,僅發(fā)射、遙測(cè)與通訊、載荷的材料費(fèi)用、束流標(biāo)定實(shí)驗(yàn)至少需要150萬元。這可不是小數(shù)目,錢從哪里來?學(xué)校和老師給了很大支持,協(xié)調(diào)實(shí)驗(yàn)室、邀請(qǐng)老師專家培訓(xùn)……有了支持,學(xué)生們就吃了“定心丸”。
經(jīng)過了重重挑戰(zhàn),學(xué)生們離成功看似只有一步之遙。然而在衛(wèi)星發(fā)射前一個(gè)月,意外降臨了,衛(wèi)星組裝過程中出現(xiàn)了接線錯(cuò)誤。面對(duì)“電子學(xué)必須重測(cè)”等種種難題,學(xué)生們熬夜迎接挑戰(zhàn),“塵埃落定前,我們想用盡全力,拼這一次”。最終,學(xué)生們及時(shí)趕上了發(fā)射時(shí)間,目睹了那顆“屬于我們的衛(wèi)星”乘火箭進(jìn)入太空。
當(dāng)學(xué)生們提著修復(fù)好的衛(wèi)星載荷出發(fā)趕往飛機(jī)場(chǎng)時(shí),時(shí)間已經(jīng)是凌晨1點(diǎn)鐘。
《追光少年》中曾說,“天格計(jì)劃”是在宇宙中追尋看不見的光。的確,在漫漫宇宙中,天格的探測(cè)衛(wèi)星追蹤著伽馬射線暴這道“看不見的光”,正如在求知的道路上,天格團(tuán)隊(duì)成員追逐著彌高彌遠(yuǎn)的科研夢(mèng)想。
探微:在微觀世界里建造“液體之門”
侯旭的辦公室里有一張小型棕色雙人沙發(fā)。沙發(fā)上坐過化學(xué)化工領(lǐng)域的專家、研究材料科學(xué)的學(xué)者、生物醫(yī)藥專業(yè)的學(xué)生、人工智能工程師……作為在多學(xué)科交叉前沿開展研究的青年科學(xué)家,侯旭的朋友圈覆蓋物理、化學(xué)、生物、醫(yī)學(xué)、工程、信息等多個(gè)領(lǐng)域。
在微觀世界打造了一扇“液體之門”,實(shí)現(xiàn)物質(zhì)的高效可控運(yùn)輸與分離——這是侯旭的研究。
博士后研究期間,侯旭在一次分離實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn),通過簡(jiǎn)單的壓力變化,就可以利用液體開啟關(guān)閉氣體與液體的運(yùn)輸。液體是否也可以成為“門”?
在微觀世界,大面積的固體膜材料表面具有難以避免的缺陷。固體膜無法完全阻隔微小物質(zhì)的傳輸,也會(huì)造成途經(jīng)物質(zhì)的殘留,時(shí)間一長(zhǎng),膜材料就會(huì)被污染甚至堵塞,這正是污水處理、空氣凈化、海水淡化等場(chǎng)景中的痛點(diǎn)。
但液面沒有這種缺陷。“液體的流動(dòng)性能使材料表面達(dá)到分子級(jí)的平整。若將液體穩(wěn)定在固體多孔膜中,讓多孔膜作為‘門框’,液體作為‘門’,在壓強(qiáng)作用下‘液門’關(guān)閉時(shí),即使是氣體分子也無法通過,而‘液門’打開時(shí),就可以實(shí)現(xiàn)物質(zhì)的快速運(yùn)輸與分離。”侯旭打了個(gè)比方,“就像給微觀世界的‘水簾洞’安上智能開關(guān)。”
從剎那的靈感出發(fā),侯旭等人于2015年首次提出“液體門控機(jī)制”的概念,踏進(jìn)未知的“無人區(qū)”。2016年,侯旭入職廈門大學(xué),成為雙聘教授,組建課題組團(tuán)隊(duì)、搭建實(shí)驗(yàn)室,潛心研究“液體門控”的新機(jī)制與技術(shù)應(yīng)用。
踏上一條“從0到1”的科研之路,沒有前人研究可供參考,更缺乏“稱手”的研究工具。
研究初期,為連續(xù)觀察和測(cè)量微觀尺度的壓強(qiáng),侯旭購(gòu)置了傳感器、電源和顯示器等配件,簡(jiǎn)單拼裝了一個(gè)測(cè)壓設(shè)備?!皵?shù)據(jù)全靠手抄,一秒就要抄一個(gè)數(shù)據(jù),抄完后再把數(shù)據(jù)錄入電腦換算,并進(jìn)行分析,一天只能做兩三組實(shí)驗(yàn)。”侯旭說。
為更高效地開展實(shí)驗(yàn),侯旭團(tuán)隊(duì)自主開發(fā)了先進(jìn)的測(cè)試儀器和裝置系統(tǒng)。液門流體跨膜壓強(qiáng)測(cè)試儀就是其中之一,這是一臺(tái)平板電腦大小的銀色方盒,可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)流體跨膜過程中的壓強(qiáng)變化并開展性能分析,同時(shí)實(shí)現(xiàn)觸屏操作、遠(yuǎn)程監(jiān)控、云端輸出與分析等功能,能明顯提高實(shí)驗(yàn)效率。
幾年過去,侯旭的團(tuán)隊(duì)發(fā)展到30多人,“液體門控”也逐漸成形,奇思妙想成為現(xiàn)實(shí)。
目前,侯旭團(tuán)隊(duì)已發(fā)展了多種響應(yīng)性液體門控系統(tǒng),并推動(dòng)液體門控技術(shù)中新概念膜材料在環(huán)境工程、化工多相分離、物質(zhì)檢測(cè)、智慧農(nóng)業(yè)、生物醫(yī)學(xué)工程等方面的應(yīng)用。
破壁:讓智能超算實(shí)現(xiàn)“中國(guó)定義”
53個(gè)量子比特的量子計(jì)算機(jī)花200秒完成的任務(wù),傳統(tǒng)超級(jí)計(jì)算機(jī)需要花10000年。人們認(rèn)為,量子計(jì)算具備了傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)無法企及的優(yōu)越性能。然而,裝上“神威量子模擬器”的超算,以更高標(biāo)準(zhǔn)完成相關(guān)采樣任務(wù),只需要304秒。
從10000年到304秒,這是中國(guó)在超算應(yīng)用前沿領(lǐng)域登上的一座“高峰”,而這條路上有著一支年輕隊(duì)伍奮斗的身影。2022年5月,之江實(shí)驗(yàn)室智能超算研究中心被授予第26屆“中國(guó)青年五四獎(jiǎng)?wù)录w”稱號(hào)。
這個(gè)成立于2021年4月的年輕團(tuán)隊(duì),35歲以下成員占比近九成。之江實(shí)驗(yàn)室總工程師趙志峰說:“中心成立以來,大家始終圍繞超算領(lǐng)域具有前沿性和基礎(chǔ)性的重大問題開展研究。我們的目標(biāo)就是要打造國(guó)際一流的智能超算創(chuàng)新中心?!?/P>
“超算就是超級(jí)計(jì)算機(jī)的簡(jiǎn)稱,它有極高的計(jì)算性能和極大的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)容量。”之江實(shí)驗(yàn)室智能超算研究中心工程專家秦亦說,“我們就是在想盡辦法更高效地發(fā)揮計(jì)算能力?!?/P>
秉持科研報(bào)國(guó)的決心,這支年輕的隊(duì)伍直面挑戰(zhàn),利用新一代神威超級(jí)計(jì)算機(jī),有效模擬了一個(gè)深度為10×10×(1+40+1)的隨機(jī)量子電路,并提供每秒4.4百億億次的持續(xù)計(jì)算性能,在304秒以內(nèi)得到百萬更高保真度的關(guān)聯(lián)樣本。這是超算領(lǐng)域全球目前已知的最高性能水平。
舉世矚目的成果背后,是不斷的試錯(cuò)優(yōu)化和埋頭苦干。團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人劉鑫回憶:“每天都是高密度的頭腦風(fēng)暴、技術(shù)研討,曾經(jīng)也爭(zhēng)吵到誰也不想理誰,但這種較真兒是我們的日常,大家都想找到最優(yōu)解?!?/P>
2021年11月19日,“初出茅廬”的之江實(shí)驗(yàn)室智能超算研究中心第一次走到聚光燈下。由之江實(shí)驗(yàn)室智能超算研究中心、國(guó)家超算無錫中心等研究單位組成聯(lián)合團(tuán)隊(duì)研發(fā)的神威量子模擬器獲得了被譽(yù)為“超算領(lǐng)域諾貝爾獎(jiǎng)”的“戈登·貝爾獎(jiǎng)”。
“獲獎(jiǎng)不是終點(diǎn),我們要持續(xù)做更高、更快、更強(qiáng)的高性能計(jì)算應(yīng)用。”量子模擬器團(tuán)隊(duì)研究員劉鑫說。在這之后短短三個(gè)月的時(shí)間里,他們又顯著提升了性能指標(biāo)。
雖然艱辛,但團(tuán)隊(duì)勇攀科研高峰的腳步從不松懈。
2022年2月,國(guó)家“東數(shù)西算”工程正式全面啟動(dòng),把東部密集的算力需求有序引導(dǎo)到西部,織就全國(guó)算力“一張網(wǎng)”。之江實(shí)驗(yàn)室智能超算研究中心積極響應(yīng)國(guó)家號(hào)召,研發(fā)的超算互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)已基本搭建完成,將實(shí)現(xiàn)多個(gè)超算中心之間的資源共享和高效調(diào)度。
一批批耀眼的科研成果,彰顯著這個(gè)年輕團(tuán)隊(duì)的雄心,也不斷激勵(lì)著團(tuán)隊(duì)里的科研人員?!翱茖W(xué)與應(yīng)用并進(jìn),我們選擇了一條異常艱難的路。但我們的內(nèi)心認(rèn)定這是一條充滿希望的路,是堅(jiān)定的、充滿力量的?!被叵肫鹉切└阊邪l(fā)的日日夜夜,28歲的工程專員湯志航很是感慨。
25歲的工程專員唐雪飛,畢業(yè)于中國(guó)科學(xué)院大學(xué),在加入中心前并沒有接觸過超算。作為新人,剛開始時(shí)她也曾氣餒,但團(tuán)隊(duì)成員間的互相鼓勵(lì)給了她巨大的動(dòng)力:“一些‘卡脖子’難題總得解決,我們不做誰來做……”不到一年時(shí)間,她已成為團(tuán)隊(duì)的科研骨干。
“團(tuán)隊(duì)成員大多是‘90后’,大家學(xué)習(xí)新知識(shí)的自驅(qū)力很強(qiáng),上手也很快,就好像海綿,能夠快速汲取、快速成長(zhǎng)?!鼻匾嗾f。
奔跑在追夢(mèng)路上——這群心懷“國(guó)之大者”的年輕人,將勇闖超算領(lǐng)域更多的“無人區(qū)”。
興農(nóng):海歸博士棄藥從農(nóng)的奮“豆”故事
四川省雅安市蘆山縣的一處農(nóng)田里,一個(gè)青年人正在給當(dāng)?shù)剞r(nóng)技人員和鄉(xiāng)親們講解玉米大豆帶狀復(fù)合種植的技術(shù)規(guī)范。
這個(gè)青年人叫劉江,是四川農(nóng)業(yè)大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院副院長(zhǎng)、教授、海歸藥學(xué)博士,專注于玉米大豆帶狀復(fù)合種植研究,帶領(lǐng)著“玉米大豆帶狀復(fù)合種植與循環(huán)利用”研究團(tuán)隊(duì),不斷奔走于鄉(xiāng)野間。
2013年,劉江在日本獲得藥學(xué)博士學(xué)位回國(guó),從本科到碩士再到博士,劉江一直在和藥學(xué)打交道,然而回國(guó)后,他卻投身到農(nóng)學(xué)研究。
為何會(huì)棄藥從農(nóng)?“當(dāng)時(shí),我國(guó)大豆種植面積和產(chǎn)量持續(xù)下滑,國(guó)產(chǎn)大豆短缺問題嚴(yán)重?!眲⒔f,回國(guó)后是繼續(xù)開展藥學(xué)研究,還是瞄準(zhǔn)國(guó)家戰(zhàn)略急需,從事農(nóng)業(yè)科研工作?劉江也曾猶豫徘徊。他發(fā)現(xiàn)四川農(nóng)業(yè)大學(xué)楊文鈺教授開展的玉米大豆間套作研究有望成為破解國(guó)內(nèi)大豆危機(jī)的重要途徑,他被楊老師長(zhǎng)年潛心科研、堅(jiān)持將論文寫在大地上的務(wù)實(shí)精神深深感動(dòng)。
在楊老師的感召下,他毅然放棄持續(xù)多年的藥學(xué)研究,全身心投入玉米大豆帶狀復(fù)合種植的應(yīng)用基礎(chǔ)研究。
入職前,有不少人問劉江,“你的專業(yè)背景似乎與作物栽培學(xué)不太相符,你對(duì)未來的發(fā)展作何考慮?”他回答道,“我將努力在大豆栽培研究中發(fā)揮專業(yè)所長(zhǎng),為團(tuán)隊(duì)的融合發(fā)展貢獻(xiàn)力量。”
多年來,他始終牢記“以國(guó)家發(fā)展需求和現(xiàn)代農(nóng)民需求為己任,研發(fā)簡(jiǎn)便實(shí)用、高效生態(tài)的農(nóng)業(yè)技術(shù)和機(jī)具,實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)的高效、生態(tài)和快樂”的團(tuán)隊(duì)使命,針對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)瓶頸,圍繞如何提高復(fù)合種植大豆耐蔭、霉變抗性,進(jìn)而提升大豆產(chǎn)量品質(zhì)等問題,發(fā)揮專業(yè)特長(zhǎng),將天然產(chǎn)物化學(xué)、分子生物學(xué)和作物栽培學(xué)等多學(xué)科交叉融合,形成了“復(fù)合種植大豆化學(xué)生態(tài)學(xué)”研究新方向,并在復(fù)合種植大豆次生代謝與抗逆生理機(jī)制方面開展了系統(tǒng)研究,取得了一系列創(chuàng)新性成果,為玉米大豆帶狀復(fù)合種植核心技術(shù)的融合優(yōu)化奠定了理論基礎(chǔ)、提供了技術(shù)支撐。
經(jīng)過團(tuán)隊(duì)成員的共同努力,玉米大豆帶狀復(fù)合種植技術(shù)體系不斷完善,難題被逐一攻破,實(shí)現(xiàn)了玉米不減產(chǎn)、每畝多收大豆100至150公斤,為解決長(zhǎng)期困擾大豆生產(chǎn)的玉米大豆?fàn)幍孛芴峁┝饲袑?shí)可行的方案。
在川農(nóng)大博士生陳建華眼中,劉江對(duì)待學(xué)生、對(duì)待科研,絕對(duì)是一絲不茍?!袄蠋煶Uf‘一事,萬事’,再小的細(xì)節(jié)也要做好。”陳建華回憶劉江指導(dǎo)自己的碩士畢業(yè)論文時(shí),從提綱搭建到文稿撰寫,反復(fù)討論斟酌,密密麻麻的批注,“甚至連一個(gè)標(biāo)點(diǎn)也不放過,力求完美?!?/P>
而在劉江帶的第一名碩士研究生、四川省農(nóng)科院的吳海軍看來,“劉半夜”這個(gè)綽號(hào)一點(diǎn)兒也不新鮮:“別說半夜回家,老師是全年無休。記得2016年春節(jié)假期第一天大早,老師還專門打來電話,跟我討論相關(guān)科研問題。”
(本版文字由本報(bào)記者劉博智采訪整理)
《中國(guó)教育報(bào)》2023年05月04日第4版
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