光量子干涉实物图。图片来自新华社
党的二十大报告在总结十年来的重大科技创新成果时,再一次提到了量子信息。近年来,“墨子号”“九章”“祖冲之号”等一批量子信息领域的成果集中涌现,我国量子科技实现从跟跑、并跑,到部分领跑的重大历史性飞跃,量子科技发展的体系化能力正在稳步建立。
量子力学自1900年诞生以来,打开了人类认识世界的一扇新的大门。第一次量子革命,量子力学催生了晶体管、激光等重大发明。近年来,以量子计算和量子通信为代表的第二次量子革命兴起,极大地影响和改变着人类的生活。
本期科技访谈录,我们邀请到军事科学院量子技术方向学科带头人、国防科技创新研究院前沿交叉技术研究中心副研究员徐馥芳,请他谈一谈神奇的量子世界,展望量子科技发展的宏阔未来。
量子之美,美在未知
记者:习主席在党的二十大报告中,把量子信息列入新时代十年重大科技创新成果之一。量子信息是什么?它和我们经常提及的量子科技有什么关系?如今我国在量子信息领域都取得了哪些重要成就?
徐馥芳:量子信息是量子物理学和信息科学交叉催生的技术领域。它利用微观体系的量子效应,实现信息的高灵敏感知、安全传输和高速处理。量子信息主要包括量子通信、量子计算和量子精密测量等3个典型技术分支。
量子科技是一个更宏观的概念。它指的是量子力学建立后催生和发展起来的一系列科学与技术。随着量子信息技术的发展,量子科技发展进入新阶段,第二次量子革命兴起。这是一次巨大的飞跃,直接或间接改变和提升着人类获取、传输和处理信息的方式和能力。
近年来,我国在量子信息领域取得了很多重大成果。在量子通信领域,我国实现了光纤量子保密通信应用演示与验证的“京沪干线”,成功发射了“墨子号”量子卫星;在量子计算领域,我国实现了“九章”光量子计算原型芯片和“祖冲之号”超导量子技术原型系统;在量子探测领域,我国多个单位研制的冷原子干涉重力测量样机在国际重力比对试验中都取得了优秀成绩,针对水下目标探测的量子磁力探测样机已经针对典型场景开展了测试,等等。
记者:我们知道,量子力学是描述微观物理世界的理论。在您的眼里,又或者说在您的想象里,量子世界有多美?
徐馥芳:量子世界之美,在于它的神秘与未知。在量子的概念提出之前,我们对微观世界的认识,往往基于对宏观世界的理解之上。受到物理学自身限制,我们无法直接观测微观世界,甚至借助光学、电子学显微镜等也只能观测到皮毛。如今,了解过量子测量的我们都知道,量子测量会对被测量子系统产生影响;处于相同状态的量子系统被测量后可能得到不同的结果。这种因果颠倒的试验结果听来近乎玄幻,也是诸多科学家无法用经典物理学理论解释黑体辐射实验的原因。
在量子世界,很多经典物理学中不存在的物理状态变得可能。量子力学直接颠覆了我们对整个世界的认知。一个全新的世界在我们面前徐徐打开,太多的未知等待着我们去探索。这怎能不令人欣喜?
如今,还有许多物理现象难以被我们理解,比如量子隧穿、电子自旋、电子轨道跃迁、单电子自身干涉、测量导致的坍缩、共轭物理量无法同时精确测量(海森堡测不准原理),等等。这些都是量子世界里的一扇扇神秘的“大门”,一旦打开走进去,里面可能是一个更加幽远深邃的“洞天”。
但是,量子世界的神秘,或者说对量子世界的疑惑,并不足以使我们怀疑量子力学。量子力学的一部分已经得到实验验证,基于量子力学发展起来的科学与技术,已经极大地改变了我们的社会,并将继续服务于人类社会生活。
量子概念图。资料图片
对未来世界的影响,将远超你的想象
记者:有句俗话说,“遇事不决,量子力学”。量子似乎已经走进了人们的日常生活,又似乎还很遥远。您怎么看?
徐馥芳:很多时候,我们会觉得量子力学离我们很远。这一略带神秘、略显高深的学科,告诉我们微观世界中存在一些超导、超流、纠缠等神奇的量子效应,一般人很难理解。虽然一直都在说量子科技正在走进我们的生活,但是这一过程,往往以基础科学的形式在起作用。量子力学指导和推动了电子技术和信息技术的发展,但是我们的科学家、工程师和用户并不一定需要对量子力学懂太多。传统的学科还在将技术进一步推向前沿,仍有在不引入量子力学的情况下的进步空间。或者更直白地说,期望改变世界的量子信息技术,目前许多还停留在实验室阶段或者初步应用阶段,有待进一步突破。
另一方面,量子力学其实离我们又很近。我们周围的物质,包括我们的身体和大脑都是由原子分子构成的,它们在微观上遵守的是量子力学的规则。我们享受的现代科技产品,手机、电脑等都是量子力学指导的产物。近年来,随着量子信息技术的快速发展,量子通信、量子计算、量子精密测量领域都取得了一些重大进展,相关的科技产品正在加速走进我们的生活。
当然,我们更需清醒地看到,量子技术在向世界展现出其强大能力和发展潜力的同时,也面临巨大挑战。这其中,不仅有来自对量子态的长时间维持和精确调控等人类改造世界能力的挑战,更牵扯到物理学基础理论等人类认识世界能力的挑战。也许,还需经过漫长的时间,有新材料、新机理等特殊契机出现后,量子技术才能真正向世界显示其威力。
记者:请您设想一下,量子信息技术会给我们的未来生活带来怎样的改变?
徐馥芳:量子信息技术对未来世界的影响,将远超你的想象。在量子信息技术的3个分支中,量子精密测量和量子通信发展得相对成熟,已经从实验室“飞入寻常百姓家”。而难度最大的量子计算,发展仍处于早期阶段,距离商用普及仍有较长距离。我们乐观估计,还要20年以上的时间才能实现。
量子计算是量子信息技术中最综合的一个技术分支,也是对信息技术冲击最大的一个分支。从算盘时代发展到冯·诺依曼架构的电子计算机时代,人类社会发生了翻天覆地的变化。从经典计算机到量子计算机,“量子比特”取代了经典的“比特”,量子计算机在理论上具有秒杀所有传统计算机的计算能力。可以想象,一旦通用量子计算机发展起来,人类社会又将再次经历巨大变化。网络信息安全、大数据和人工智能、化学生物制药、金融工程、智能制造等领域都将因为量子计算机的巨大信息处理能力,发生颠覆性改变。
有没有勇闯科技“无人区”的胆识,决定了我们未来能走多远
记者:在钻研量子技术的道路上,您遇到最艰难的挑战是什么?
徐馥芳:从我的经历来看,最艰难的往往是起步阶段。我们这个团队是伴随着2017年新军事科学院调整组建而成立的一个研究团队,刚刚成立时,团队只有几个人,来自全军不同的单位。我还清楚记得,大家刚来到单位的时候,办公场地都是临时借用的,第一份项目申报书,是在临时租借的宿舍中完成的。但大家都没有被这些现实困难吓倒,科研经费有限,就省吃俭用买设备买器件;团队人才短缺,就想方设法引进、培养青年人才……几年时间过来了,我们的团队已经相对稳定成熟,科研条件有了很大改善,也取得了不少研究成果。
回顾这段从零起步的创业历程,我最大感触是,我们这一代科研人员赶上了一个好时代。在国家高度重视科技创新的大背景下,在党中央和中央军委的相关政策扶持下,在军事科学院良好的科研氛围下,我们团队可以瞄准一个目标,心无旁骛地共同努力。在这种环境下,拼搏也成为内在的自发本能。
记者:您认为,研究量子技术和其他科学技术有什么不同?研究量子技术需要怎样的科学精神?
徐馥芳:由于量子物理的概念与宏观世界完全不同,从事量子技术研究需要经过科学的系统训练,接受其独特的逻辑和技术方法。量子力学是一门完备的、严谨的科学。没经过系统训练,利用学习到的部分量子概念,结合自己的现实经验看待或处理问题,很容易走入歧路,产生错误观点。
现在社会上对量子技术存在着两种极端理解:一种是认为量子技术是骗子技术,所有的都是假的,不认可量子力学的正确性,或者认可量子力学但不认可量子技术;另一种认为量子技术是万能的,会彻底颠覆现在的电子技术和信息技术。这两种理解毫无疑问都是错误的。量子力学是一门基础学科,我们需要理性认识基于量子力学发展起来的量子技术,尤其是方兴未艾的量子信息学。它是一门全新的交叉学科,它的发展将成为我们传统信息技术的有力补充,并成为信息技术深化发展的基础。
从我长期从事量子技术的经历来看,我认为,研究量子技术,一是需要科学严谨的态度,能够严格依据量子理论进行推理和验证,进行试验设计和现象解释;二是需要前瞻的洞察力,量子世界的现象和规律与我们熟悉的经验世界完全不同,对研究中碰到的问题,必须敢于大胆假设,勇于创新,小心求证;三是需要持之以恒的韧劲,在研究量子信息技术时,科学难题和工程技术难题同在,很多时候在短期内都难以出重大应用成果。中国古人常讲“十年磨一剑”,但在这个领域,有可能十年都难磨一剑,所以必须沉下心来埋头苦干。
在科学研究上,有时看似下的是慢功夫,实则走的是快车道。量子技术是一门非常前沿且深奥的学科,目前虽然已经有了一些研究成果,但还有更多的“无人区”等着我们去探索。当我们与世界同行站在同一起跑线上,有没有勇闯科技“无人区”的胆识,决定了我们未来能走多远。
文字整理:张志华
新年新气象 奋斗创未来******
元旦假期,天津市线下餐饮、旅游、购物等消费业态回暖迹象显著。图为2022年12月31日,市民游客在天津市金街步行街购物休闲。
新华社记者 赵子硕摄
“深海一号”二期工程海上钻井现场。
(中国海油供图)
走过2022年,迎来2023年,中国迈上奋进新征程。新的一年,网友满怀憧憬,他们相信,“明天的中国,奋斗创造奇迹”。
捷报频传“开门红”
新年伊始,捷报频传。
国产大飞机迎来新年首飞。据人民网微信公众号报道,新年第一天,东航全球首架C919国产大飞机,执行航班号为MU7809的验证飞行航班,从上海虹桥机场飞往北京大兴国际机场。这是自2022年12月26日以来,C919的第9架次验证飞行,也是在2023年的新年首飞。验证飞行主要是验证航空公司安全运行C919飞机的能力。国产大飞机C919是一款全新的机型,研发制造是“上半场”,转入商业运营是“下半场”。
重型燃气轮机取得新突破。据科技日报微信公众号报道,1月3日2时48分,首台全国产化F级50兆瓦重型燃气轮机发电机组,在广东华电清远华侨园燃气分布式能源站并网发电,标志着我国步入自主重型燃气轮机领域运行阶段。重型燃气轮机是发电和驱动领域的核心设备,是一个国家重工业整体实力的重要象征。
新年伊始,一批重大工程项目建设集中开工、加速推进,各地凝心聚力,奋战“开门红”。
人民日报客户端发布文章《稳投资,重大工程挑大梁》,展示了重点领域、重点行业的新作为新气象——
海下千米勘探深钻。1月2日,“深海一号”二期工程完成了第一口井的表层喷射作业。12口井的钻井总井深超过6万米,可使“深海一号”的天然气高峰年产量增至45亿立方米,相当于海南岛2021年天然气消耗量的90%。
胶东半岛山间筑坝。1月1日,国网新源山东文登抽水蓄能电站首批机组投产发电,为山东电网增加了60万千瓦优质调峰能力。电站设计年发电量27亿千瓦时,预计今年年底前6台机组全面投产。
在文章留言区,网友写道:“勠力同心、勇毅前行,攻坚克难、真抓实干”“固根基,稳增长”“惠民生、利长远,重大工程项目支撑高质量发展”。
新华社客户端报道称,“赶前抓早”开好局,“铆足干劲”抢先机,中国大地上,一个个重大工程项目高质量建设、高标准推进,正一步步把宏伟目标变为美好现实。新年的第一天,福州第一季度177个重大项目集中开工,总投资983亿元,涉及产业发展、基础设施、社会民生等多个领域;雄安新区首批市场化项目——雄安·电建智汇城迎来首期开园运营,40多家企业集中入驻……
开局之年活力足
2023年是全面贯彻落实党的二十大精神的开局之年。一元复始,万象更新,神州大地涌动着发展进取的蓬勃活力。
新的一年,复工复产加快推进。
人民日报客户端发表评论写道:机器转起来,工人忙起来,订单多起来,消费旺起来,物流跑起来……各地按下经济恢复“快进键”,复工复产加快、复商复市回暖,各类市场主体活力和信心得到进一步激发,动能正在积蓄、活力正在释放。随着疫情防控措施的优化调整,存量政策和增量政策叠加发力,今年我国经济运行有望总体回升。
据新华网报道,当新年的第一缕阳光洒向大地,青海西宁至四川成都高速铁路全线首座开挖隧道——红原2号隧道施工现场已是一片繁忙景象。岁末年初,“高质量发展”成为拓展回稳向上态势的关键词。随着疫情防控措施优化调整,各地各部门积极推动复工复产,经济秩序和社会秩序加快恢复,经济活力正在不断释放。
央视新闻客户端推出“开局之年看中国”直播。1月3日是2023年的第一个工作日,全国各地正在逐步推进复工复产。直播团队走进江西九江集装箱码头,看到工人正抓紧时间装运货物,送出新年新货;探访上海快递配送中心,跟着快递小哥开启“送送送”模式……
新的一年,消费市场加速回暖。
据人民网报道,刚刚过去的元旦假期,北京消费市场暖意融融。北京市商务局重点监测的百货、超市、专业专卖店、餐饮和电商等业态企业实现销售额35.3亿元,恢复至去年同期的83.8%。人来人往的餐馆,悠闲漫步的购物者,琳琅满目的商品,绚烂夺目的沉浸式展览,激情四射的冰雪运动……熟悉的、热闹的、生机勃勃的“烟火气”回来了,北京正在恢复往日的活力!
据央视网报道,元旦假期,各地消费回暖。在江苏淮安,非遗市集上商品琳琅满目,不少市民驻足购买。在四川广汉,60米长的夜市,卤味烧烤、经典小吃等各类美食吸引了大批食客。线下消费回暖,线上消费火热。商务大数据监测显示,“2023全国网上年货节”首日零售额452亿元,比去年年货节首日增长6.5%,新年装饰品、葡萄酒、年夜饭预制菜等品类热销,销售额同比分别增长118.0%、90.7%和69.6%。
据中国经济网报道,经文化和旅游部数据中心测算,元旦假期,全国国内旅游出游5271.34万人次,同比增长0.44%,按可比口径恢复至2019年元旦假日同期的42.8%;实现国内旅游收入265.17亿元,同比增长4%,恢复至2019年元旦假日同期的35.1%。元旦期间,城市周边游、近程游、休闲游仍是主流,冰雪、温泉、露营等高品质玩乐体验受到游客青睐。同时,随着疫情防控政策的不断优化调整,中远程旅游实现稳步复苏。
在购物、餐饮、旅游、文体等消费市场的暖意中,网友真切感受到中国经济的韧性与活力。网友“静思”说:“餐馆开始排队等位了。”网友“杉木”说:“城市逐渐恢复到我们熟悉的样子。”网友“星空之约”说:“期待经济一步步回升。”
砥砺奋进新征程
岁月不居,时节如流,不变的是万千奋斗者拼搏的身姿。今天的中国,奋斗铸就伟业;明天的中国,奋斗创造奇迹。
大江南北、城市乡村,许多人以奋斗开启新的一年。
在人民网上,一篇题为《各地干部群众迎新年——奋进新征程明天更美好》的文章写道,元旦假期,许多人还在辛苦忙碌。1月1日7时30分,中铁广州局深圳公司白云棠溪项目跨石井河首联底腹板正式开始浇筑混凝土,架子工覃振贵常年穿梭于钢筋森林中;1月1日9时20分,在湖北省麻城市沪蓉高速中馆驿服务区停车场内,湖北省交通运输厅高速公路路政执法总队黄黄支队第六大队大队长柳智和同事们正在维持行车秩序……
在光明网上,一篇题为《他们,用劳动为新年起笔》的文章写道,元旦假期,许许多多劳动者坚守平凡岗位、埋头耕耘,以辛勤的劳动起笔2023新的一年。“欢迎乘车,兹莫格尼(吉祥如意)!新年好!”安全巡视、重点服务、问候新年,29岁的彝族列车长阿衣布卡在车厢里忙碌着。1月1日清晨,她值乘成都南开往昆明南的D851次复兴号列车。在她心里,能在新年的第一天为乡亲们服务,是一件重要且幸福的事。
梦在前方、路在脚下,惟有奋斗才能成就美好未来。
“走进充满希望的2023年,满怀信心、坚定前行,每个人都大有可为也将大有作为。”人民日报客户端一篇评论这样写道,如果你是忙碌在工作岗位的党员干部,可以用冲锋在前、奋战在先体现初心使命;如果你是劳作在生产一线的工人,可以用卓越的劳动争做能工巧匠、大国工匠;如果你是在田间地头耕耘不辍的农民,可以用辛勤的汗水获得丰收、保障粮食安全;如果你是引领市场潮流的企业家,可以用抢抓机遇、奋勇争先把失去的时间补回来;如果你是奋战在创新攻关中的科研人员,可以用潜心钻研、矢志创新为实现科技自立自强加把劲……国家发展为每个人走好自己的路、做好自己的事提供了舞台和机会,而每一个人向着梦想的努力奔跑,将会让中国始终充满勃勃生机、旺盛活力。
新华网发表评论指出,以奋斗为笔,我们书写极不平凡的2022;以梦想之名,我们拥抱充满希望的2023!站在新的起点上,中华民族的凝聚力、向心力、创造力得到极大激发,中国人民的志气、骨气、底气得到极大增强,中国特色社会主义焕发出蓬勃生机活力,实现中华民族伟大复兴具有了更为完善的制度保证、更为坚实的物质基础、更为主动的精神力量。踏上新征程,向着新的奋斗目标砥砺奋进,明天的中国一定会更加美好。(潘旭涛)
(文图:赵筱尘 巫邓炎)