光子科學與產業論壇，是今天在上海滴水湖畔拉開帷幕的世界頂尖科學家論壇的重頭戲。
這一選擇蘊含深意。去年9月，在上海成立的張江實驗室，初期擬採取「1+2+1」布局，其中第一個「1」代表的正是光子大科學設施群及相關基礎研究。
從試運行至今近10年的上海光源，到今年4月開工建設的硬X射線自由電子雷射裝置，一個光子大科學設施集聚地，已成為上海建設有全球影響力的科創中心的科學地標。
光子大科學裝置，產生新的研究手段
二十世紀初，26歲的愛因斯坦首次提出光量子概念，隨後113年裡人們對光的研究孜孜不倦。1960年，雷射器研製成功，這是光的研究發展史上的重大突破。從此，光、電子學、光量子學等相關學科進入迅猛發展階段。
我們平常說的「光」時，多指可見光。其實，「光」是一個很大的家族，依波長的不同，可分為無線電波、微波、紅外、可見光、紫外、真空紫外、軟X射線、硬X射線和伽馬（γ）射線等。探測宇宙，可以選用無線電波；跟蹤飛機，可以選用微波（雷達）；要「看清」病毒、蛋白質分子甚至金屬原子等微觀物體，必須選用與這些微觀物體大小相近或更短波長的光束。
從國際上的先進經驗來看，包括歐洲核子中心在內的大科學裝置都有兩種以上的光子設施，從而可以滿足多領域不同的研究需求，最關鍵的是能夠產生新的研究手段。
基礎科學的創新和前沿問題的探索，離不開核心技術的突破。到2030年，張江實驗室將努力躋身世界一流國家實驗室行列，發展成為全球規模最大、種類最全、綜合能力最強的光子大科學設施集聚地，湧現一批標誌性式原創成果，解決一批國家急需的戰略核心技術問題，為上海建成有全球影響力的科創中心提供強有力支撐。
高瞻遠矚的一次部署
集聚科技資源，舉全市之力建設光子大科學設施，是上海高瞻遠矚的一次部署。
「以世界同類裝置最少的投資和最快的建設速度，成為國際上性能指標領先的第三代同步輻射光源之一，是我國大科學裝置建設的一個成功範例。」這是 2010年1月19日上海光源順利通過國家驗收時得到的一致評價。上海光源亦不負眾望，不管是從用戶數量還是裝置性能來說，不僅領跑全國，同時也處於國際上同類裝置的第一方陣。藉助上海光源，中科院院士包信和團隊探索出天然氣直接轉化利用的有效方法；中科院物理研究所丁洪研究員發現隱藏了80餘年的「幽靈粒子」外爾費米子等。上海光源現有13條光束線站投入運行，預計到2020年，將有近40條線站建成並向用戶開放。
軟X射線有一個重要的波段被稱為「水窗」，是目前唯一可以對生物活體細胞進行無損傷三維全息成像和顯微成像的「第四代光源」。上海軟X射線自由電子雷射用戶裝置，是我國第一臺X射線自由電子雷射用戶裝置，目前正在進行工藝設備的加工、採購，預計2019年底建成和開放使用；作為國內迄今為止投資最大的國家重大科技基礎設施項目，硬X射線自由電子雷射裝置計劃在2025年建成，承建單位是上海科技大學，中科院上海應用物理研究所為項目共建單位。整個裝置總長約3公裡，位於地下30米的隧道中，主要建設內容包括一臺能量為8GeV的超導直線加速器，3條波蕩器線、3條光束線以及首批超過10個實驗站。X射線自由電子雷射具備超高的峰值亮度、超短的脈衝和極好的相干性，將與上海光源互補，成為探索自然奧秘和發展高新技術的最先進研究平臺，使人們從拍「分子照片」進入到拍「分子電影」的時代，有助於解決人類面臨的一些迫切問題。
去年10月24日晚，中科院上海光機所和上海科技大學超強雷射光源聯合實驗室傳出喜訊：上海超強超短雷射實驗裝置的研製工作取得重大突破，成功實現了10拍瓦雷射放大輸出，這是目前已知的最高雷射脈衝峰值功率，達到國際同類研究的領先水平。超強超短雷射，一般是指峰值功率大於1太瓦（1太瓦=1萬億瓦），脈衝寬度小於100飛秒（1飛秒等於1千萬億分之一秒）的雷射。超強超短雷射能在實驗室內創造出前所未有的超強電磁場、超高能量密度和超快時間尺度等綜合性極端物理條件，這是之前只有在核爆中心、恆星內部、黑洞邊緣才能找到的極端物理條件，可用於研製雷射質子刀以治療癌症；製造臺式化電子加速器和產生超快X射線源對蛋白質探測成像；研究天體物理和宇宙起源，將來還可能用於真空結構和暗物質的探測等。
過去，許多科學家耗費數年才解析一個蛋白質分子結構，如今為蛋白質分子拍一張照只需0.1秒，看清一個蛋白質結構，不再以年為計時單位，最短只需2分30秒。作為當今全球生命科學領域首家綜合性大科學裝置，國家蛋白質科學中心（上海）設施於2015年7月正式面向國內外用戶開放，截至目前，已累計服務超過23960人次，吸引了近300家國內外科研單位的研究人員來開展前沿科學研究，其中包括來自美國、英國、法國、西班牙、日本等國家的優秀科學家。就在幾天前，中科院院士饒子和團隊在國際頂級學術期刊《科學》在線發表了最新研究成果，該團隊利用蛋白質設施質譜系統等設施，揭示了生命體內一種新的醌氧化與氧還原相偶聯的電子傳遞機制。幾年來，設施用戶、設施科研和技術團隊取得了一系列重要科研成果，其中在《自然》《科學》《細胞》上發文33篇，在基礎和應用基礎研究中的科技支撐作用日益凸顯。
我國第一條矽光子研發中試線將建成
上海的未雨綢繆，不僅表現在對光子科學大科學設施群及相關基礎研究上，還有相關產業的布局上。
解放日報·上觀新聞記者近日獲悉，由張江實驗室牽頭承擔的矽光子市級重大專項在工藝技術方面取得突破，具備了光晶片流片能力，預計今年年內，我國第一條矽光子研發中試線將在上海建成。
小小晶片，為何光傳輸要比電傳輸更為先進？原來，大量電子在高密度電路裡運動時，不僅會使器件發熱，還會產生電磁損耗，這就影響了晶片的速度等性能。而光的「步伐」不僅更為輕快，其運動時不產生熱量，而且多路光能在同一個時空裡運動並保持各自的獨立性，從而大大節省了信號傳輸通道。
去年，上海市政府將矽光子列入首批市級重大專項，布局了矽基光互連晶片研發和生產。此舉，正是為了在上海打造矽光子晶片全產業鏈，解決「卡脖子」技術難題，力爭使上海成為矽光子這一戰略領域技術新發明、產業新方向的重要策源地。