从被卡脖子到世界第一：一种光学材料的逆袭
推荐：硬科技理念提出者、中科创星创始合伙人米磊博士对“卡脖子”问题有切身的感受，本文中，他讲述了中科院西安光机所团队是如何把一种光学材料从被“卡脖子”做到世界第一的。本文中米磊博士就我国核心科技不再被卡脖子的关键点在哪谈了他的思考。米磊博士的新书《硬科技：大国竞争的前沿》讲述了更多关于硬科技创新突破的故事。
1. 核心技术靠化缘是要不来的
工业革命自英国开始，到现在已经两百多年了。我们国家自建国以来，加速工业化的追赶，目前已完成了率先发生在西方发达国家的第一、第二、第三次工业革命的技术转移。
但是，在前三次工业革命中的一些关键核心技术还存在卡脖子的问题，这些技术西方发达国家是不可能向我们开放的；第四次科技革命最新的前沿硬科技，西方发达国家也是不会向我们转移的。这就是为什么总书记在西安光机所调研的时候讲“核心技术靠化缘是要不来的，只有自力更生”，其实他在2015年的时候就已经判断得很清楚。
今天，我们的很多关键材料、芯片、机床，还有较大的差距，还要补过去拉下的课。中国是全球第一制造大国，但目前还只是全球第一组装大国。也就是说，尽管我们出口很多汽车、计算机，芯片仍然要靠进口。2020年，中国花掉3800亿美元购买芯片，而全球总共才生产了价值4400亿美元的芯片，这还是在中国已经被限制进口的情况下。这只是我国工业制造现状的一个缩影。
除了芯片，还有材料、高端机床、工业软件，都可以看到类似的景象。去工业企业看一下，会发现最高端的东西都是进口的。我们在硬科技上还有很多的课要补。过去的一些年，我们只是把组装和中低端制造的课补完了。但是，中国的整体科技实力的进步速度非常快，只要沉下心来，坚持不懈、脚踏实地地去做，未来我们会有很多的机会。
2. 自聚焦透镜往事：和日本赛跑
从我个人的经历来说，实际上我一直在做解决“卡脖子”问题的工作。2001年，我毕业之后进入中科院西安光机所工作，很快就参加到西光所当时最大的一个科技成果转化项目中，做自聚焦透镜的产业化工作。这个项目非常大，于是西光所信息光学研究室的大部分人当时都参与到产业化公司——飞秒光电的创建中去了。
自聚焦透镜也叫梯度折射率透镜，是一项非常关键的技术。这种透镜很神奇：我们一般认知中的透镜都是球形的，或者是曲面的，比如放大镜、我们戴的眼镜，都是曲面的，而自聚焦透镜不需要曲面，通过两个平面就能实现球面透镜的效果，它的原理是在透镜的内部通过渐变折射率来实现对光线弯曲的效果。自聚焦透镜可以做到尺寸比常规球面透镜小很多，适用于光纤的耦合、光束的控制。
因此，这种透镜主要用于光纤通信，是光纤通信中非常重要的一个基础元件。在20世纪90年代美国信息高速公路建设中，光纤通信的公司特别火爆。由于光纤通信是互联网的基础设施，所以20世纪90年代末和2000年代之初的网络泡沫，一半是光纤通信的泡沫，另一半是互联网的泡沫。
当时这种自聚焦透镜在全球都非常紧缺，谁能拿到，谁就能做出光纤通信的器件。美国有一家公司叫JDSU，大量采购这种透镜，用于生产光器件。在2000年最高峰时，JDSU的市值达到了2500亿美金，是硅谷最火爆的公司之一。而这种透镜的核心材料当时全球只有一家公司能做，就是日本的NSG公司；2000年后，由于市场太大，美国的康宁公司也在做，但是没有做成，失败了。
在上世纪70年代，西安光机所在实验室里是和日本同时代研制出这种材料的，但是我们国家的产学研体系当时还没有建立起来，导致实验室里做出来的东西没有能够实现产业化。而在日本，他们成功地将这种材料从实验室推到了产业中，于是在90年代光纤通信的需求发展起来以后，日本这家公司就发展得很大。这个时候大家就意识到，如果没有这个核心的材料，在光通信领域我们就面临一个极大的“卡脖子”问题。
在这样的情况下，西安光机所团队开始做这种材料的产业化，当时投资额很大，2001年飞秒广电公司成立时注册资本是8000万元人民币，是世界500强的著名央企投资的。
从实验室到产业的过程是非常难的，这里面有很多的工艺问题需要解决。在这中间我们有过很多快要坚持不下去的时候，比如，做出来的东西在实验室是没问题的，经过了检验，但是大批量生产出来后到了客户那里总是有各种各样的质量问题，产品质量的一致性难以保障。如此反复，这是很折磨人的过程。
是什么让我们坚持了下来？我们去到客户那儿的时候，客户就说你们一定要坚持下去，因为只要你们还活着，日本公司就不会对我们态度那么恶劣。在此之前，客户曾经遇到过日本公司发来的整批货都是废品的情况，他们却完全不敢投诉，也不敢吭声，只能自己认了。因为在那个时候，你要去买这种材料，日本供货商要对你的公司进行严格审查——不是买东西的人对卖东西的人进行供应商审查；而且，因为只有一家供应商，你如果把他们得罪了，人家就彻底不再卖给你了。
后来，我们一步一步地坚持下来，直到最后实现了真正的技术突破。现在，我们的销量做到了全球第一：一年能够卖出几千万只透镜。在2007年，这个技术获得了国家科技进步二等奖——也是因为西光所产业化团队打破了日本在这个领域的垄断。
到了今天，咱们国家所生产的这个材料和日本的相比，在品质、技术上，是没有什么差别了，在销量上我们是遥遥领先的，日本公司已经基本退出这个市场了。
3. 硬科技的关键突破是熬出来的
通过这个经历，我就懂得了一个道理：技术的突破，并不是因为我们这些人有多么强、多么优秀，而是在产业化上大力度的资金投入以及整个团队多年坚持不懈的努力奋斗，加上光机所几十年的技术积累，才使我们最终实现了技术上的突破。我后来总结，其实这种突破并没有想象中的那么难，核心是从实验室一直到产业化长期稳定的投入支持。如果没有这种长期的支持，我们很多的实验室成果都停留在了实验室里。很多宝贵的技术因为没有后期的这种支持，成果未能实现转化。
我们的老一辈科学家是非常有前瞻性的，西安光机所的第一任所长龚祖同就是其中的一位，还有很多这样的科学家。西安光机所做出了中国第一根光纤、第一个自聚焦透镜、第一个微通道面板，但是因为没有产业化，现在已经没有人记得西安光机所是中国第一根光纤的诞生地了。自聚焦透镜因为产业化成功了，现在大家还认自聚焦透镜是西安光机所这么多年做成的。所以很多的技术不是说我们做不出来，卡脖子问题实际上是因为投入不够，尤其是在产业化阶段资源投入不够，没有走下去；如果能够有长期坚持不懈的投入，我们是能够做出来的。
刘忠范院士讲“重大突破”是“熬”出来的，这点我是非常认可的。很多卡我们脖子的技术，像材料、芯片、EDA软件等，实际上美国已经积累了很多年，这是一个从小到大、从弱到强长期积累的过程。很多的核心技术，最初就是一个教授把这个东西做出来，头10年是一家只有不到十个人的小公司在做，然后不断地积累，积累了30年，最后就变成了一个很高的壁垒，我们很难做出来了。所以，很多卡脖子技术，只要我们长期投入，都是能够慢慢攻下来的。
在做自聚焦透镜材料产业化的过程中，除了厂商的鼓励、持续不断的投入。如果说还有另一个重要的因素，就是在关键时刻资金不能断。
当时西安光机所坚持投入，才使我们把这个事情坚持下去。所里支持这么大，我们的团队没有退路了，不可能半途而废，只能全力往前走。正如任正非先生讲的，没有退路就是胜利之路。当你真的没有退路的时候，你就一直往前走，其实坚持下来就会发现没有想象中的那么难。
这个经历让我对硬科技、对卡脖子问题比一般人有更多的信心，因为我觉得我们这个团队不是最优秀的，中国有很多人比我们优秀。我们这个团队能解决一个很小的领域中的卡脖子问题，做到世界第一；中国有这么多优秀的人才，只要给他们信心，给他们支持，他们应该可以做出更多的世界第一。
4. 举 国 体制和民间创新要结合起来
创新分为两种:一种是延续性创新，一种是颠覆性创新。对于延续性创新来说，举 国 体制更有优势，像两弹一星，美国人已经搞出来了，在这种情况下我们有一个明确的目标。虽然当时中国一穷二白，但是我们研制两弹一星所用的时间比美国和其他国家都要短，就是因为在这种目标已经明确的情况下，举 国 体制会发挥其特有的优势。
在未有明确方向的前沿创新情境中，充分调动民间创新的积极性将更有优势，像马斯克这样的企业家做了很多前沿的、探索性的创新，推动了新技术的发展。未来科技的发展有无限可能，方向有无数个，这时候采用举 国 体制，一旦押错了方向，将会给国家带来巨大的损失。鼓励民间的企业家大胆地去探索，给他们提供支持，培育大胆创新的氛围，是激发社会前沿技术突破的有效方式。
美国可能有无数个像马斯克这样的人，只不过马斯克选对了方向、抓到了机会，做出来了。其实冰山一角之下，还有大量的创业者在勇敢创新。美国的风险投资很活跃，在这种活跃的风险投资环境中假设有1万名创业者得到了资助，最后一定会有乔布斯、马斯克涌现出来。
创业者勇于承担风险，又得到资本的支持，他们可以去做更创新的事情，这就促使我们的社会能够不断突破科技的前沿，有更大胆、超出想象的创新诞生。
我国要把举 国 体制和民间创新结合起来，根据科技创新的规律，发挥各自最大的效能，我们就能把事情做得更好。
钱学森在晚年提出“为什么我们的学校总是培养不出杰出人才”，后来成为著名的“钱学森之问”。他讲的是科技创新人才培养的问题。加州理工学院鼓励创新的氛围和文化，激发了钱学森的创造力。
我们现在在创新人才培养方面，还存在一些问题。我们现在的教育体系是过去为了满足国家大规模工业生产人才的需要而设计的，而随着我国向创新型国家转型，未来需要的是思维更活跃、更有创造力的创新型人才，这就需要教育体系做出相应的调整，要以培养创新型人才为主体。这也需要我们在全社会培育创新的文化和氛围，就像硅谷、以色列这些地方一样，更多地宽容失败、鼓励创新。创新人才的培养和环境是密不可分的，我们国家不缺少人才，只要环境慢慢培育起来了，相信会孕育出更具有活力、更具创造力的创新型社会。
引领世界的核心要素是什么？点亮未来的灯塔在哪里？《硬科技：大国竞争的前沿》一书给出了答案。书中对硬科技的内涵、外延、演变及其对全球变革的影响进行了系统详尽的探讨，试图用科普的方式，让读者走进硬科技这个既神秘、高端又与我们每个人息息相关的领域。
什么是硬科技？硬科技就是比高科技还要高精尖的科技；是有极高壁垒、难以被复 制和模仿的科技；是需要较长时间积累、极大地领先现有水平的技术。书中全面梳理了信息技术、光电芯片、智能制造、新能源、生物技术、新材料、航空航天、海洋科技这八大硬科技领域的最新成果及趋势、各国布局以及我国在这些领域的“卡点”和“堵点”，并提出了前瞻性、针对性、操作性强的发展建议。
硬科技的研发周期长、回报慢、风险高，该书深入研究了如何做好硬科技与金融协调发展，回答了硬科技时代需要怎样的金融这个难题，并探讨了如何从政策层面促进硬科技成果的转移转化。书中还对比分析了以色列、日本、美国在科技创新方面的行动举措和经验教训，为我国硬科技发展带来启发。
作者介绍：
米磊博士，硬科技理念提出者、中科创星创始合伙人
责任编辑：
丁威旭博士，“聚焦与余光” 公 众 号执行主编；
