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春运高位运行:如何答好新“考卷”******
【贯彻党的二十大精神·推动高质量发展】
1月7日,一年一度的春运“大考”正式拉开大幕。不再落地检,不再隔离,不再查健康码……作为疫情防控进入新阶段后的第一个春运,今年春运备受全国人民的关注。
回家过年,是中国人最深层的情结;趁着春节来一场旅行,也是许多家庭一年中最重要的期待。过去三年,在“就地过年”的倡导下,许多家庭中的成员分散在各地,未能与家人在春节团聚。如今,随着防疫新政的落地,回家的温暖正在期待中升温。不论是踏上回家的归途,还是走在旅行的路上,不管目的地在何处,春运的方向就是家的方向。
尽享团聚 客流量显著提升
春运首日,在中原大地上,郑州东站的候车大厅内南来北往的乘客熙熙攘攘,候车大厅服务台上摆放着的年宵花束年味十足。
57岁的刘大妈一手拎着一捆山药,一手提着几包大枣和胡辣汤料,眼睛时刻关注着候车大厅屏幕上的车辆信息表,生怕错过了高铁。
“今年我去北京女儿家里过年,她工作比较忙,已经两年没回来了,我这次去正好给她带点家乡的特产!”刘大妈话语中洋溢着掩饰不住的兴奋,“去年高铁提速,从郑州到北京只需要2小时11分钟,现在出行也方便,以后我可以常去看女儿了!”
与此同时,在祖国的北方,一台从哈尔滨站始发的Y687次旅游专列正缓缓驶离站台,踏雪寻冬。据悉,这是今年春运期间开行的首趟冰雪环线旅游专列,大量来自我国华东、华南等地区的游客搭乘专列,开启冬日畅游北国风光之旅。
“我早就想来东北看看真正的大雪长什么样子了!但这几年由于疫情原因,一直没有出过远门。今年政策调整了,学校也放假得早,我就跟爸妈一起来这边过新年。”列车上,21岁的广州小伙王博文被窗外的雪景所吸引。据他介绍,今年寒假他要趁着这个空闲,把雪乡、雪景和滑雪统统体验一遍。
不论是返乡还是旅游,对于正在亲历今年春运的旅客来说,都能明显感受到客流量的显著提升。根据交通运输部初步分析研判,今年春运期间客流总量约为20.95亿人次,比去年同期增长99.5%,恢复到2019年同期的70.3%。从客流构成看,预计探亲流约占春运客流的55%,务工流约占24%,旅游和商旅出行分别约占10%。
同程研究院首席研究员程超功表示,与2022年同期相比,2023年春运表现出强劲的复苏势头,铁路、民航、公路的旅客发送量预计会有较大幅度增长。客流量整体走势方面,春节前的客流高峰较往年相对平滑,但探亲流与务工流在春节前5至7天内仍将出现明显的叠加效应,客流高峰时段传统返乡线路的运力仍然偏紧。
正因如此,为了进一步满足旅客的出行需求,交通运输部门采取了多种方式增加运力。数据显示,今年春运全国铁路最大客座能力比2019年增长11%,高峰日最高可安排开行旅客列车6107对,客座定员可以达到914万人。国铁集团客运部主任黄欣表示,铁路部门将统筹用好去年开通的新线和新站资源,以及新投用的复兴号动车组等先进装备,增强路网整体功能,提升客运能力。
此外,春运期间全民航日均安排客运航班11000班,中国民用航空局总飞行师万向东表示,虽然这个数字不及2019年春运,但民航局将积极引导航空公司在筑牢安全底线的前提下,支持春运期间国内航线加班,鼓励航空公司更灵活地调配运力,满足春运期间热点地区、热点航线的旅客出行需求。
保障有力 旅途中收获温暖
“这几年坐飞机都没有这么方便了,现在简直是‘畅行无阻’!”8日,在北京大兴机场的航站楼内,冉宇踏上了春节前最后一趟出差的旅途。
据冉宇介绍,出差是他工作中非常重要的一部分。两年来,他每次乘坐飞机前都要提前3小时来到机场,就是因为扫码、测温、报备等多种防疫措施可能会导致旅客排队,从而耗费大量时间。“现在又恢复了曾经的无纸化乘机,对旅客来说真的方便多了。”
良好的服务保障能够在春运中给旅客带来更多幸福感,方便、快捷的服务体验不仅可以提升出行效率,还可以让旅客在回家路上尽享愉悦的心情。
春运工作专班副组长、交通运输部副部长徐成光表示,今年春运,交通运输部门将加强各种运输方式信息共享和运力对接,不断提升旅客换乘效率,及时增开售票窗口、自助终端和安检通道,积极推广应用线上购票、电子客票、自助验票等服务,扩大无纸化、无接触服务范围。积极关爱帮扶老幼病残孕乘客,完善无障碍设施,提供必要的出行帮助。
其中,中国铁路南昌局在11个学生流主要地车站,为学生团体旅客提供预约进站、专区候车、优先检票上车服务;中国铁路呼和浩特局则在部分车站为候车旅客送上精心准备的春联和福字,向广大旅客送上祝福;北京大兴机场针对12至17岁没有家长陪同的青少年群体推出“无成人陪伴青少年服务”,弥补青少年这个无人陪伴旅客群体服务的空白;上海浦东和虹桥机场则为需要帮助的旅客提供无障碍洗手间、独立母婴室、安检无障碍通道和私密检查室等无障碍延伸服务……
“这几年,虽然疫情影响了很多旅客的出行,但作为经常出差的‘赶路人’,我可以真真切切感受到出行体验的一步步改善以及‘交通人’的无私付出。”冉宇说,如今出行条件越来越好,服务质量越来越高,旅客在春运中收获的幸福感自然越来越多。
据悉,今年春运期间,铁路部门将全国站内便捷换乘的车站由过去80个增至100个,同时在到站补票和列车补票业务环节全面实施电子化,旅客在办理补票、变更等业务时,不再收取手续费;民航部门也进一步优化航班计划编排,切实减少因航班取消和延误给旅客出行带来的不便。
每年春运对交通运输部门来讲都是一场“大考”,今年的“考题”可能更难。徐成光说:“全体交通人都深知做好今年春运工作的极端重要性,我们将以最大能力、最佳状态、最优服务,努力打造平安春运、健康春运、便捷春运、舒畅春运。”
未雨绸缪 多措并举保安全
不论是民航还是铁路,今年春运以来,在为旅客提供便捷服务的同时,如何在满足群众出行需求下降低疫情传播风险,成为交通运输部门需要面对的挑战。
早前,铁路部门已经明确,倡导旅客错峰出行,减少人员聚集,强化车站客流组织,积极推广无接触式服务,引导旅客有序分散进站候车,保持安全距离。民航局也明确要求做好疫情防控相关工作,持续做好客流引导,尽可能为旅客提供无接触式服务,并做好一线员工健康监测和重点场所清洁消毒、通风,降低旅客感染风险,让旅客安心出行。
“春运是人员流动规模最大、出行最为集中的时期,百姓回乡过年、探亲访友的愿望较为强烈,特别是农村地区群众返乡、探亲访友、赶集赶场等出行需求增加,新冠疫情向偏远农村地区扩散的风险明显增大。”交通运输部运输服务司相关负责人表示,旅客在出行前可多关注交通部门的出行提示,提前做好出行规划,备足随身携带的个人防护用品。
此外,据北京市交通管理局工作人员郅煜介绍,如今许多百姓已经“阳”过或正在“阳”,有发热、咳嗽等症状者,为了缓解症状,多数人会吃退热类药物及止咳药物。很多止咳药和感冒药中都含有引起眩晕和嗜睡的成分,服用后会出现嗜睡、头晕、反应迟钝甚至视觉模糊等副作用。
“如果春运期间需要驾车出行,服药后所出现的眩晕或幻觉会使人难以集中精神,势必影响驾车安全,很容易酿成祸患。”郅煜表示,如今药物种类繁多,每个人遇到的副作用不尽相同,建议服药前仔细查阅说明书,如服药后出现身体不适或上述不良反应时,应待好转后再驾驶或使用其他交通工具。
郅煜还指出,部分“阳康”后的驾驶员可能会有胸闷、气短、头晕等情况。如遇这些情况,要注意补充水分,及时休息,不疲劳驾车,开窗通风。
对于选择铁路或民航出行的旅客来说,今年春运则要提前规划好行程时间,避免在候车室、候机室等人员密集场所长时间停留。专家表示,在候车、候机时,需全程佩戴一次性医用口罩及以上级别口罩。在旅途中,还要尽量减少在交通工具上的用餐或饮水次数,打喷嚏时用手肘或纸巾遮掩,减少病毒散播风险。
另外,现在许多人有随身携带酒精消毒喷剂的习惯,但不论是乘坐火车还是飞机,酒精均属于违禁物品,旅客不仅不能随身携带,而且不能托运。旅客在旅途中如有消毒需求,可以随身携带处于完整包装下的消毒湿巾、棉片,但限于个人自用的合理数量。
“运输安全历来是春运工作的重中之重,相信在大家的携手努力下,今年春节一定是一个安乐祥和的幸福年!”交通运输部运输服务司相关负责人说。
(本报记者 訾谦)
(文图:赵筱尘 巫邓炎)