军事科学院徐馥芳:要有勇闯科技“无人区”的胆识******
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
2023年,在温暖中开篇******
北京
一“臂”之力汇“暖流”
厚棉袄、保暖裤,外加一顶棉帽子、一双皮手套,就是外卖骑手陈宇飞在这个冬天的御寒装备。这些天尽管气温稍显“温柔”,可骑上电动车,风呼呼地刮在脸上,还是感觉刀割一样,口罩遮不住的颧骨和眼睛周围冻得通红。
元旦假期过后,每天送餐工作要花费将近10个小时,陈宇飞都争分夺秒地奔波在路上。眼看春节临近,他想多挣些钱给湖北老家的父母。这样一个对时间“斤斤计较”的人,却在1月5日腾出一段难得的“空档”,走进位于北京西直门的献血站。用无偿献血的方式迎接新一年的到来,这让他觉得特别有意义。
“接单的间隙,看到北京市红十字血液中心发布的无偿献血倡议书,就找时间赶过来贡献一‘臂’之力。”陈宇飞笑着对记者说,他核酸转阴早已满7天,想为社会做点儿好事,希望那些急需输血的人得到及时救治。
测量血压、抽血化验,填写好登记表、录入个人信息……在工作人员的引导下,陈宇飞挽起袖子、伸出手臂,献出了一份爱心。这个足以挽救他人生命的行为,让他常年风吹日晒的脸上绽放出质朴的笑容。
将献血证小心翼翼地贴身放好,格外开心的陈宇飞来不及休息,又开始了紧张的送餐工作,匆匆离去的背影好似寒冬里一道温暖的阳光。
就在同一天,多名和陈宇飞一样的外卖骑手与街道机关干部、社区民警、基层保安、快递小哥等共计640人,来到北京市朝阳区安贞街道党群服务中心参与无偿献血,将这份“暖流”传递给有需要的人。
微光成炬,积水成渊。一点一滴的善意,拼凑出社会大家庭的美好。值此元旦春节到来之际,中国慈善联合会倡议全体会员和社会各界“开年行善”,用做一件好事来迎接新的一年,用视频、文字、图像记录身边的慈心善举,让爱心温暖你我,让慈善引领生活,为人民的幸福安康、为社会的和谐稳定、为祖国的繁荣富强,献一份爱心、尽一份力量!
上海
捐资助学温情满满
新年第一天,云南省景洪市第一中学的学生们通过上海市慈善基金会松江区代表处,向帮助过他们的爱心人士寄来了一封感谢信。
孩子们在信中写道:“求学路上,我们迷茫过,放弃过,父亲母亲会因学费拼命地赚钱,看到他们疲惫的眼神和操劳的背影,不禁倍感辛酸,是你们给予了我们资助,让我们不受生活的压力,安心完成学业。这个社会是温暖的,关注和关爱着我们的人很多,我们不应该气馁,我们会用知识改变命运,以优异成绩回报社会。”
澜沧江畔的一声声感恩激荡心灵,2023年伊始,上海市慈善基金会爱心窗口接连迎来捐资助学的热心市民,满满温情,暖流涌动。一份份爱心,为家境困难的孩子减轻了负担,更让他们有了学习的动力。
元旦当天,家住浦东新区的胡雷鸣来到爱心窗口,捐出1.75万元善款,继续结对资助6名困难学生,捐款助学,他已坚持了近20年。72岁的张永革老人带来参与“上海市张永革学雷锋志愿者工作室”开年行善活动的28位好心人捐赠的15150元,同时,他本人再次捐出4000元,分别用于资助一名小学生和救助一名患尿毒症的儿童。黄跃军、范德娟夫妇捐款3000元结对资助一名困难大学生,并代表在国外工作的儿子一家捐款3000元,结对资助了两名家境困难的小学生。就读于卢湾中学初二年级的江稼祺和妈妈一起来到爱心窗口,捐赠1500元继续结对资助一名走在求学路上的小朋友……
在淮海中路1253号,这个名为“凡人善举”的爱心窗口自2018年2月创设以来从不“打烊”,前来奉献爱心的大都是最普通的市民百姓,离退休老人、年轻的父母带着孩子……他们用最传统的方式做慈善,想着能帮一点儿是一点儿。
济南
“火焰蓝”为生命护航
“老人卧床不起,情况比较紧急。”接到求助电话,刚刚完成出车任务的张东晖再次以最快速度赶赴患者家中。
随着近日济南市120院前急救车组工作量日益增多,济南市消防救援支队挑选业务熟练、素质过硬的消防救援人员组成应急转运突击队,张东晖就是其中一员。他和队员们一起,担起急危重症患者转运、医疗保障物资运送、车辆器材防疫消杀、医疗废品清理处置等任务。
张东晖告诉记者,他们负责转运的患者很多居住在老旧小区,没有电梯、楼道狭窄,不仅给救助增加了阻力,对转运车组人员的体力更是极大的考验。一次这样的救援,光是抬着患者下楼少则十几分钟、多则需要半个小时。等到一身汗水地回到急救车上,顾不上顺口气就驾车直奔最近的医院急诊室……但队员们都觉得“再辛苦也值得,这是为了‘小家’更是为了‘大家’。”
一辆辆120急救车从集结地点出发,一次次安全、高效的转运中,“天使白”和“火焰蓝”既是并肩战斗的战友,也成为无话不谈的朋友。他们不辞辛劳,为生命奔赴,在保证绝对安全的前提下,以尽可能更快的速度帮助更多的人。
深圳
新年从“步步行善”开始
身为一名“上班族”,李元晓在元旦假期有了一段难得的闲暇时光。整理房间和读书之余,她在新年第一天来到深圳市福田区香蜜公园,赴一场与“步步行善”新年网络公益行动的约定。
从2016年至今,每年的第一天,很多深圳市民都会走出家门,参加“步步行善”网络公益行动。通过App捐赠步数、公益机构折算现金,每一位普通市民都有机会成为爱的使者,为慈善事业聚能。
当天,来自深圳市关爱行动公益基金会跑团、深圳市慈善会跑团等6支队伍的成员与热心市民一起,跟随2012年伦敦奥运会竞走冠军陈定的脚步,迎着2023年的第一缕阳光冲出起跑线。
今年的第八届“步步行善”活动吸引了外婆敬老包、雏鹰展翅计划、星星守望心智加油站等优质公益慈善项目参与。沿途经过各个打卡点时,一个个公益项目的详细介绍引得李元晓放慢了脚步,平日里工作忙碌,跑步走路就可以做公益的互动方式,让她感到“健康又有爱”。
从1月1日至1月20日,本届“步步行善”线上活动携手腾讯公益开展“一块走”捐步兑换公益金活动。参与者的每一步都将汇聚善意和爱心,凝聚起一束束爱的光芒,为深圳这座城市带来温暖和希望。
“‘步步行善’如同爱心‘放大器’,激发出更多市民向善向爱的传统美德,不断助力提升深圳的城市文明高度和社会治理温度。”深圳市关爱行动组委会办公室专职副主任李青松告诉记者,“步步行善”让普通市民可以随时随地做公益,形成人人可公益、人人愿公益、人人能公益的文明氛围,让关爱他人成为生活的日常,让热心公益成为生活的时尚。
(文图:赵筱尘 巫邓炎)