本文是作者应共青团中央机关刊《中国青年》之邀，为“2021全球前沿科技博览”专题写作的文稿
这个专题的名字虽然是“2021全球前沿科技博览”，不过科技前沿无穷无尽，我只能向大家讲讲自己所知的这十分有限的一部分。挂一漏万之处，还望各个领域的专家多多指正。
仔细为读者们想一想，我觉得在讲解各个领域之前，更有价值的是先为大家提供一个大图景。对于一个科技新闻，我们为什么会去看它？也就是说，这个科技新闻的重要性何在？当我们认真思考这个问题，就会发现公众关注科技新闻的理由一般可以分为四类：一类是国家排名，典型语言是“超越了某某国家”；一类是终极目标，典型语言是“星辰大海”；一类是基础设施，典型语言是“工欲善其事必先利其器”；还有一类才是科学成果本身，典型语言是“扩展人类知识边界”。下面我们来分类阐述一下。
最常见也最容易理解的，是争夺排名。许多人一提到科研首先想到的是为国争光，就是因为这种宣传。在这个层面上，中国目前大部分的成果还属于追赶，即别人已经做到了某件事，现在我们也做到了。例如美国和苏联都曾经从月球取样返回，现在中国的嫦娥五号也做到了。以前只有美国成功登陆过火星，现在中国的天问一号也做到了（祝融巡视，两器合影，天问一号会开展哪些科学探测？| 行星事务所）。
2021年6月11日，中国国家航天局公布祝融号火星车与着陆平台的合影
有趣的是，2019年中国嫦娥四号在月球释放的月球车玉兔二号仍然在正常工作。因此，中国成了目前唯一的同时在两颗地外星球上有工作中的巡视器的国家。
2019年1月11日，玉兔二号月球车与嫦娥四号着陆器两器互拍
更有趣的是，《日本经济新闻》为此发了个社论：敦促中国有序开发宇宙。虽然内容一如既往的双标，硬往威胁论上拉，但这标题本身就挺令人舒适……欢迎这样的敦促，我们会努力有序开发宇宙的！
《日本经济新闻》社论：敦促中国有序开发宇宙（日文）
《日本经济新闻》社论：敦促中国有序开发宇宙（中文）
这是一个鲜明的例子，说明当你超过他足够多的时候，他的宣传策略就不得不变化了。这令人联想到，中国刚开始载人航天计划的时候，外界有许多怀疑和嘲讽的声音。对于杨利伟、翟志刚等航天员的成就，台湾媒体提出过许多理由，论证这些镜头是在水池中拍摄的（我们应该如何纪念登月（一）为什么登月阴谋论是荒谬的 | 袁岚峰）。然而现在，就很少听到这样的声音了。因为中国的航天成就太明显，无法用阴谋论简单抹杀了。
神舟七号造假论
仅仅在一年之前，事情还不是这样，那时中国航天跟印度比谁高谁低还不好说。印度方面最强的论据是火星探测。
中国第一次火星探测的尝试是在2011年，当时中国的探测器“萤火一号”参与俄罗斯的“福波斯-土壤号”探测计划，搭乘俄罗斯的火箭升空。但福波斯-土壤号进入地球轨道后芯片失效，无法变轨，最终在大气中焚毁。而印度的火星探测第一次尝试就很成功，“曼加里安号”探测器在2014年9月进入火星轨道，至今还在传回数据（天问：火星与人类的未来 | 袁岚峰）。所以印度保持了“第一个也是唯一的一个首次探测火星就完全成功的国家”的纪录，在这方面比中美俄欧日都强！
曼加里安号火星探测器宣传图：我在火星轨道上
现在外界就不会把中印的火星探测相提并论了，因为明显不在同一层面上。天问一号一次就实现了“绕落巡”三大目标，而以前美国之外的国家，包括俄罗斯、欧洲、印度、日本等，只实现了“绕”，没有一家实现“落”的，“巡”就更不用提了。媒体即使再偏心，也没法论证美国之外其他国家的航天比中国强，于是只好把宣传策略改成威胁论了。这真令人想起，“法国报纸报道拿破仑登陆”的那个故事。
天问一号艺术示意图
排名上升除了有振奋人心的作用，还有直接的经济效益，即提升整个国家的形象，使得整个国家的商品在国际市场上能够卖高价。在这个意义上，火星登陆、月球采样等活动跟2008年奥运会开幕式一样，都是国家形象的广告，而且是很成功的广告。
对于很多人来说，能认识到这一层已经是大有进步了，不会再去问“投钱搞科研有什么用”这种不入流的问题。不过，我们也需要清醒地认识到，国家地位和形象只是科研的附带效果，而不是本质效果。所以，下面我们来看其他类型的科技新闻。
第二大类是“星辰大海型”，即一般人对它的兴趣主要是在研究的终极目的上，而不是在技术细节上。在这方面，最典型的例子就是可控核聚变。大多数人都能理解，可控核聚变是人类在现有技术条件下有望掌握的最强的能源，是人类亟待攀登的下一级大台阶。但如果要讲具体的原理与实验条件，如等离子体高约束模式、聚变三重积、第一壁、偏滤器、氦灰、氚自持等等，大多数人就不知所云了。
1.2亿摄氏度燃烧101秒
因此，每当有一个可控核聚变的新闻出来，公众都会很关心，不过对技术细节就总是“不明觉厉”。如果要提问，问题也大都是“离实现可控核聚变还有多少年”。对于这个老生常谈的问题，研究人员的回答也总是“还有50年”。听起来这个回答似乎也是老生常谈，简直像是在敷衍。但其实，这个50年现在是个实数，而不是虚数。
2020年7月28日，国际热核聚变实验堆（ITER）开始在法国组装，预期2025年建成。全世界所有有实力的国家都在参与ITER，包括中、美、俄、日、韩、印，以及作为东道主的欧洲。同时，中国独立建设的中国聚变工程实验堆（CFETR）也在进行工程设计，预期2030年代建成。
中国聚变工程实验堆CFETR建筑群效果图
ITER的目标，是为未来的核聚变反应堆提供氘氚等离子体物理基础。CFETR的目标，是为建堆提供工程基础，尤其是材料、氚循环和遥操作，同时在超导和加热方面继续加强。国际聚变界希望在2050年左右建成示范堆DEMO，在这方面中国的规划是引领世界的。如果一切顺利，希望在2070年左右建成有商业价值的核聚变发电站（冲出太阳系的第一步 | 袁岚峰）。你看，从现在到2070年不正好是50年吗？
中国磁约束聚变发展路线图
我还想告诉大家，虽然可控核聚变是等离子体物理中最引人关注的话题，但等离子体物理的研究范围远不止此。例如，等离子体可以用于航天发动机的电推进，可以用于对芯片和电池的加工，可以用于向化学体系定向注入能量，由此就可以用于消毒杀菌，可以用于淡水净化，可以用于伤口止血，甚至可以用于治疗癌症（科大等离子体，星辰大海欢迎你 | 袁岚峰）。
电推进大大扩展我们在太阳系中推动航天器的能力（《等离子体科学十年进展与展望（2020）》）
而在根子上，等离子体基础理论已经很长时间没有突破了，现在这方面的理论仍然十分复杂，大大限制了我们的预测能力。因此，如果你对可控核聚变的关心更加深入，你就会关心到等离子体的广泛应用，关心到等离子体的基础理论。也许需要基础理论的突破，才能把人类带入下一个大台阶。
下面我们来谈第三类科技新闻，“工欲善其事必先利其器型”。大家应该树立一个基本观念：现在的科学，早已不是像科学的幼年那样通过日常观察就能做出重大发现了，而是越来越多地依靠实验仪器的进步。只有更好的仪器，才能得到更高精度的测量结果。只有测量的精度更高，才能发现以前无法发现的现象。因此，探测器的进步本身不是科学成果，但它们是科学成果的前提条件。
在这方面，最近的一个重大成果，是中国科学院高能物理研究所主导的国际合作项目“拉索”（LHAASO，它是“高海拔宇宙线观测站”Large High Altitude Air Shower Observatory的首字母缩写词）。2021年5月17日，高能所召开发布会，宣布拉索发现了银河系中12个超高能光子源，这里超高能的意思是达到1014电子伏特，电子伏特是一个能量单位。以前的宇宙线探测装置主要只能探测到1012电子伏特的光子，拉索一下子把它提升了两个量级。
拉索发布会
拉索在超高能段的性能不但超过以前的所有探测器，而且超过其他国家在构想中的所有探测器。因此，国际专家预测，在未来至少十年的时间里，拉索将主导伽马射线天文学。
拉索采用四种探测器复合测量宇宙线信息
有这样的探测能力打底，当然就可望它源源不断地产出重要的科学成果。因此，高能所宣称，拉索开启了“超高能伽马天文学”的时代。大家可以体会一下这话的分量，开启某个时代这种句式是很少见的。
拉索打开超高能伽马天文新窗口
2021年6月，我和拉索项目的两位重要成员、中国科学技术大学天文学系特任教授杨睿智博士和中国科学院高能物理研究所研究员陈松战博士做了一场直播，介绍了拉索的成果（美国宇宙线探测器还在设想，就已经落后中国二十年！| 科技袁人）。他们提到，许多外国学者对拉索十分感兴趣，希望参与国际合作，或者到中国来留学、来工作。
我想，这是一个自然的过程：首先有新的探测仪器，然后有新的实验数据，然后有新的人员进来。中国如果要成为新的科学中心，就必然要先建成若干个引领世界的实验装置。例如已经建成的世界最大的单口径射电望远镜“FAST”（有人认为FAST是烧钱作假——听蝲蝲蛄叫就不种庄稼了？| 袁岚峰），正在建设的世界最大的液体闪烁体中微子探测器“江门中微子实验”（Jiangmen Underground Neutrino Observatory，简称 JUNO）（大亚湾中微子实验正式退役，江门接棒开启中、美、日新一轮竞争｜专访中科院高能所温良剑 | 科研圈），以及探测宇宙大爆炸最初信号的西藏阿里原初引力波偏振望远镜（AliCPT）（宇宙学家：回国就被国际项目拉黑了 中国：要啥我给你造！| 科技袁人），探测暗物质的“悟空”卫星（DAMPE），探测硬X射线的“慧眼”卫星（HXMT），在太空探测引力波的“太极计划”和“天琴计划”，等等，都可以从这个角度去理解。新的世界科学中心，就是这样一步步建成的。
FAST夜景（https://news.sina.com.cn/o/2016-11-07/doc-ifxxmyuk6173099.shtml）
江门中微子实验探测器示意图，探测器主体为一个直径 30 米的有机玻璃球。图片来源：中科院高能所
最后一类科技新闻，是“扩展人类知识边界型”。这其实才是我们做科研的本意，是把科研跟其他各种人类活动区分开的关键。玩过《文明》的朋友们都知道一个笑话“奇观误国”，但科学家造惊人的实验仪器并不是为了这个奇观本身，而是为了实打实的科学成果，所以至少不会误国！
在这方面，一个典型的例子就是我讲过最多的领域，量子信息。量子信息是量子力学这个基础物理学理论跟信息科学交叉产生的新兴学科，是整个科学界发展最蓬勃的领域之一。量子信息包括量子通信、量子计算和量子精密测量，目标都是利用量子力学的特性，实现超过传统信息技术的效果。
量子信息的三个分支
中国在量子信息领域有很多引领世界的成果，例如量子通信方面的“墨子号”卫星与“京沪干线”，以及量子计算方面的“九章”光量子计算机。实际上，量子信息是极少数的中国在整体上处于领跑地位的大的科学领域之一（与有荣焉——我和祖国的高光时刻：袁岚峰与墨子号量子卫星 | 科技袁人）。
天地一体化量子通信网络示意图
九章光量子干涉实物图
（比最快的超级计算机快一百万亿倍！中国科学家实现“量子计算优越性”里程碑）
左下方为输入光学部分，右下方为锁相光路，上方共输出100个光学模式，分别通过低损耗单模光纤与100超导单光子探测器连接。
然而，量子信息的意义远远超过在世界上争夺排名，因为它是真正的战略性、颠覆性技术，被称为“第二次量子革命”。比如说，量子计算机取得突破，就有望破解现在所有的基于数学难题的密码。又比如说，量子保密通信的作用，就是让密码牢不可破。
谷歌首席执行官预测，加密技术的终结可能在5年内到来（美国哈德逊研究所发布《高管的量子密码指南：后量子时代中的信息安全》| 中国信息协会量子信息分会）
你也许会问：那如果用量子计算机去破解量子密码，以子之矛攻子之盾，会怎么样？回答是：盾胜！量子密码保密的基础并不是数学问题，而是物理原理，所以它能抵抗所有的计算机攻击，包括量子计算机。
量子密钥分发对抗窃听
你看，要理解这些成果的意义，就需要对量子信息的科学原理有深入了解。仅仅喊一个“超越了其他国家”，就远远不够了，而且抓错了重点。
以上谈的这四类，其实只是一个粗略的分类，表示四种常见的动机。而一个真实的研究中，往往会同时包括这四类。
例如中国的嫦娥五号，自1976年苏联的“月球24号”以来第一次从月球取回了样品，这是国家排名的视角。月球探测归根结底是为了飞出地球摇篮，走向星辰大海，这是终极目标的视角。嫦娥五号是人类迄今为止向地球之外发射的最重的探测器，达到8.2吨，这是基础设施的视角。取回月球样品之后，就可以开展科学研究，对月球起源、太阳系演化等重大问题得到很多新的知识，这才是科学家对这个项目最大的兴趣所在，这是科学成果的视角（美国50年前就能载人登月，中国为什么现在还不行？| 科技袁人）。如果你能同时从所有这些角度理解一个研究，你才算是获得了深入的认识。
嫦娥五号月球取样返回流程
最后，祝青年朋友们更加热爱科学，关注科学，投身科学，为科学事业做出更大的贡献！
