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
【理响中国|铿锵有理·党校公开课】解码新时代十年伟大变革******
编者按:为深入学习宣传贯彻党的二十大精神,在中央网信办网络传播局的指导下,光明网联合中央党校(国家行政学院)习近平新时代中国特色社会主义思想研究中心、中央党校(国家行政学院)国家高端智库,推出“理响中国之铿锵有理·党校公开课第五季”专题视频。13位党校教师以独特的青年视角,通过深入浅出的理论阐释、生动鲜活的理论故事和“高颜值”的理论视频,推动广大青年与党的创新理论“共情”,打造学习宣传贯彻党的二十大精神的精品力作。
本期由中央党校(国家行政学院)中共党史教研部付吉佐,解码新时代十年历史性成就和伟大变革。
【文字实录】
从2012年到2022年,十年间,我们的国家和社会都发生了很大的变化。习近平总书记在党的二十大报告中,提到了16个方面的成就。这些成就,体现在我们日常生活的方方面面。大家都有哪些体会呢?我来分享一下我的体会。
2012年,我刚好大学本科毕业。那一年,我开始特别关注一个反映空气质量的指标,叫“PM2.5”。这个数值越高,说明空气质量越差。2013年1月15日,有媒体发布监测数据说,在全国74个监测城市中,有33个城市的PM2.5指数,都超过了300,这意味着,这些城市的空气,已经严重污染了。
2013年,我们开始了一系列延续至今的铁腕治污行动。效果呢,也是肉眼可见的,现在我们的天变得更蓝了、我们的山变得更绿了、我们的水变得更清了。拿我生活所在的城市北京来说,它曾经饱受雾霾之苦,有时难得出现一个蓝天白云的好天气,朋友们就会发朋友圈、晒美图。而现在,蓝天白云已是标配,曾经的奢侈品成为了日常品。我们国家生态环境领域发生的这些重大变化,也受到了国际社会的广泛关注。比如,美国彭博新闻社报道说,从2013年到2020年这7年,中国的空气质量改善幅度,相当于美国《清洁空气法案》实施30多年的改善幅度。
这十年,我感受最深的,是我从北京回老家,变得更快捷、更方便了。之前我乘坐的是K字头的绿皮火车,后来变成D字头的动车,再后来变成G字头的高铁。回老家的时间,也由最初的8小时,缩短到5小时,而后又缩短到3小时。现在,我早晨从北京出发,中午就可以回到家,吃上一碗妈妈包的热气腾腾的饺子。为什么会这样呢?因为我们建成了世界上最大的高速铁路网和高速公路网。遥想100多年前,革命先驱孙中山先生在他的《建国方略》中,曾经设想,建成16万公里的铁路和160万公里的公路,而如今,他的梦想已经被实现甚至被超越。截至到2020年,我国铁路营业里程已达15万余公里,其中高铁4万余公里,居世界第一;我国公路通车里程已达510万公里,其中高速公路15.5万公里,居世界第一。
这十年,我们在创新型国家建设方面也取得了很大的成就。我是一位航天爱好者,在工作之余还特别关注航天科技领域的发展情况。我大学毕业那会儿,中国刚刚实现奔月的目标,但是没有丝毫停歇,中国就决心自主开展火星探测。2016年,中国首次火星探测任务——“天问一号”获批立项,用了不到4年时间,便完成了探测器研制。2020年7月,天问一号发射成功,9个月后,成功着陆火星、开展巡视。通过一次任务就完成对火星的环绕、着陆和巡视三大目标,这在人类航天史上,是第一次。而且这十年,我们在电视上看到火箭升空的画面也明显增多了,那一次次的“点火”声,激动人心、震撼人心。从2020年5月到2022年8月,长征火箭连续103次发射成功。其中2021年中国航天发射任务55次,居世界第一。
这十年,我们的生活更便利了。记得上大学那会儿,我买书、买生活用品,还需要到实体店选购;而现在呢,我只需要在手机上下单,第二天就可以收到货物。这是十年前的我们所享受不到的便利。
这十年的成就,还有很多很多,比如说:我们国家的经济实力更强了,国内生产总值从54万亿元增长到114万亿元,经济总量稳居世界第二;我们的行政办事效率更高了,一大批行政审批事项被取消;我们的政治生态更清正了,一些歪风邪气、沉疴顽疾得到整治,反腐败斗争取得压倒性胜利并全面巩固;我们老百姓的医疗保障更好了、寿命更长了,人均预期寿命从74.8岁增长到78.2岁;同时,我们在国际上的朋友更多了,在国际上的话语权更大了,在国际上的地位更重要了。
总之,新时代十年的伟大成就,让我们更加自信了,让我们有了更多平视世界的底气,也让我们坚信,我们未来的生活会更加美好。
古人说:“看似寻常最奇崛,成如容易却艰辛。”什么意思呢?意思是说,看似最寻常的发展变化,背后却需要付出极其艰辛的努力。新时代这十年,正值中华民族伟大复兴战略全局与世界百年未有之大变局的交汇,面临的风险和挑战,可以说是前所未有的。比如说,在国际方面,“逆全球化”思潮愈演愈烈,“贸易保护主义”再次抬头,一些西方国家鼓吹与中国脱钩,并对中国进行讹诈、封锁和极限施压。在国内方面,中国的改革进入攻坚期、深水区,“好吃的肉都吃完了,剩下的都是难啃的硬骨头”,涉及到更多利益的调整和更深层次的矛盾。
所以说,新时代十年的伟大变革,决不是轻轻松松、敲锣打鼓就能实现的。那是因为,有以习近平同志为核心的党中央凝心聚力、审时度势、果敢抉择,团结带领全国各族人民撸起袖子加油干,对内全面加强党的领导和全面从严治党,以巨大的政治勇气深化改革,推进国家治理体系和治理能力现代化;对外全面推进中国特色大国外交,推动构建人类命运共同体,更加坚定地维护国家主权、安全和领土完整。中国这艘巍巍巨轮,更加行稳致远!
极不寻常、极不平凡的十年刚刚走过,新的历史任务已经到来了。习近平总书记在党的二十大报告中指出,“从现在起,中国共产党的中心任务就是团结带领全国各族人民全面建成社会主义现代化强国、实现第二个百年奋斗目标,以中国式现代化全面推进中华民族伟大复兴”。苏轼有句词说得好,叫“一点浩然气,千里快哉风”。我们相信,中国共产党用伟大奋斗创造了百年伟业,也一定能用新的伟大奋斗创造新的伟业。
出品人:杨谷 林振义
总策划:陈建栋 孙晓莉
总监制:吴丛丛 黄伟
策划:蒋正翔 施墨
监制:张晞 李澍
统筹:韩丹 桑熙 陈航
编辑:徐倩阳 刘梦甜
编导:路天悦 梁爽 常世林
设计:王爱民 杨经国
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