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
扎实推进中国式现代化******
【深入学习宣传贯彻党的二十大精神】
作者:黄百炼(北京市习近平新时代中国特色社会主义思想研究中心特约研究员、国家教育行政学院教授)
习近平总书记在党的二十大报告中指出:“中国式现代化,是中国共产党领导的社会主义现代化,既有各国现代化的共同特征,更有基于自己国情的中国特色。”这个“基于自己国情的中国特色”既有本质要求的中国特色又有实践路径的中国特色,体现出“全面性”“均衡性”和“共享性”的鲜明特质,是扎实推进中国式现代化必须牢牢把握的重点所在。其“全面性”表现在扎实推进中国式现代化要实现“五位一体”总体布局的统筹推进、物的全面丰富和人的全面发展、中华民族伟大复兴的全面推进等方面。其“均衡性”体现在物质文明、政治文明、精神文明、社会文明、生态文明的协调发展,城乡之间、发达地区与欠发达地区之间的均衡发展,人民对美好生活需要存在的不平衡不充分问题得到有效解决,人与自然的和谐共生等方面。其“共享性”体现在全体人民要走向更加扎实的共同富裕道路,同在蓝天下共同享受现代化建设的成果;发展全过程人民民主,在社会主义法治下平等充分地享有法律赋予的公民权利;坚持共建共享,合作共赢,推动构建人类命运共同体等方面。
扎实推进中国式现代化关系到中国式现代化建设的质量,关系到人民性能否得到充分的体现。因此,必须在坚持中国式现代化本质要求的基础上深刻把握其鲜明特质。
坚持党的全面领导,确保中国式现代化行稳致远。“万山磅礴,必有主峰。”党的领导是党和国家的根本所在、命脉所在,是全国各族人民的利益所系、命运所系。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。”这一重要宣示,凸显了“党的领导是党和国家事业不断发展的‘定海神针’”,为扎实推进中国式现代化提供了坚强的组织保障。
完整、准确、全面贯彻新发展理念。新发展理念是一个系统的理论体系,回答了关于发展的目的、动力、方式、路径等一系列理论和实践问题,阐明了我们党关于发展的政治立场、价值导向、发展模式、发展道路等重大政治问题,全党必须完整、准确、全面贯彻新发展理念。新发展理念是一个整体,无论是中央层面还是部门层面,无论是省级层面还是省以下各级层面,在贯彻落实中都要完整把握、准确理解、全面落实,把新发展理念贯彻落实到扎实推进中国式现代化实践全过程和各领域。我们要在党的集中统一领导下,充分发挥党总揽全局、协调各方的组织领导优势,不断提高党把方向、谋大局、定政策、促改革的能力和定力,牢牢把握扎实推进中国式现代化的战略主动权。
用高质量发展夯实中国式现代化的物质基础。党的二十大报告指出,“高质量发展是全面建设社会主义现代化国家的首要任务。发展是党执政兴国的第一要务。没有坚实的物质技术基础,就不可能全面建成社会主义现代化强国”。中国式现代化所有问题的解决还是要依靠发展,不仅要有质的稳步提升还要有量的合理增长。我们要紧紧扭住扩大内需这个战略基点,牢牢坚持供给侧改革的战略方向,用好改革开放这个关键一招,激活高质量发展的存量,扩大高质量发展的增量,加快构建新发展格局,在社会主义物质基础不断雄厚的积累中,为充分体现中国式现代化“全面”“均衡”“共享”的鲜明特质创造更加充分的物质条件。
更加重视人的素质的培养和提高。人在推进中国式现代化建设中具有关键性的作用,现代化的本质是人的现代化,人的现代化的前提是人的全面发展,而人的全面发展又是走共同富裕道路的重要条件。马克思主义政党以实现人的自由全面发展和彻底解放全人类为己任,把人的自由全面发展作为社会主义事业的出发点和落脚点。我们要以更大的力度,更有效的举措,在扎实推进中国式现代化中致力于实现人的现代化。党的二十大报告以专章论述“实施科教兴国战略,强化现代化建设人才支撑”,这表明我们党更加重视教育优先发展、科技自立自强、人才引领驱动的极端重要性。要坚定不移推进教育优先发展战略,坚持以人民为中心发展教育,落实立德树人根本任务,培养德智体美劳全面发展的社会主义建设者和接班人,大力促进教育公平和教育均衡发展,不断缩小群体性的能力差距,扎实推进中国式现代化目标的实现。
积极发展社会主义先进文化,努力营造有利于扎实推进中国式现代化的思想文化氛围。中国式现代化的实现要充分体现“全面性”“均衡性”和“共享性”的鲜明特质,还需要人的思想观念发生深刻变革。要通过建设具有强大凝聚力和引领力的社会主义意识形态,唱响主旋律,打好主动仗,塑造主流舆论新格局。用社会主义核心价值观铸魂育人,融入社会发展和日常生活。通过高效的宣传思想工作和思想政治工作,在全社会形成劳动致富、创造致富、勤劳致富、依法致富的良好氛围,坚决反对“等靠要”、绝对平均主义、投机取巧、坐享其成、一夜暴富等错误思想观念,严厉打击相关的违法犯罪行为,巩固团结奋斗的共同思想文化基础。
紧扣中国式现代化建设实际,正确回答时代和实践提出的重大问题。习近平总书记深刻指出:“当代中国正在经历人类历史上最为宏大而独特的实践创新,改革发展稳定任务之重、矛盾风险挑战之多、治国理政考验之大都前所未有,世界百年未有之大变局深刻变化前所未有,提出了大量亟待回答的理论和实践课题。”扎实推进中国式现代化,有大量的理论问题和实践问题需要解决。我们要在习近平新时代中国特色社会主义思想的科学指引下,立足世界之变、时代之变、历史之变,坚持与时俱进,不断推进理论创新,回答好诸如如何促进物质文明与精神文明相协调;如何全面推进乡村振兴,促进区域协调发展;如何加快义务教育优质均衡发展和城乡一体化;如何通过收入分配方式的改革既缩小收入分配差距又保持经济发展活力;如何在推动经济高质量发展的同时,促进人与自然的和谐共生;如何大力弘扬和平、发展、公平、正义、民主、自由的全人类共同价值,推动构建人类命运共同体等一系列重大课题,找到破解难题的具体路径。同时,要增强忧患意识,坚持底线思维,及时发现新问题、研究新情况、提出新思路,不断防范化解来自各方面的风险挑战,切实增强历史主动性。
牢记“三个务必”,始终保持勇毅前行的奋斗姿态。党的二十大报告提出了“三个务必”的重要论断,这是对扎实推进中国式现代化建设新征程上广大党员应该具备的精神状态和奋斗姿态提出的期望和要求。始终不忘初心、牢记使命,弘扬伟大建党精神,做到与人民同呼吸、共命运、心连心,坚持以人民为中心的根本政治立场,才能牢牢把握中国式现代化目标实现的正确方向。始终谦虚谨慎、艰苦奋斗,发扬我们党一以贯之的优良作风,保持战略清醒,才能以伟大的自我革命引领社会革命。始终敢于斗争、善于斗争,运用我们党百年奋斗取得成功的历史经验,增强全党全国各族人民的志气、骨气、底气,不信邪、不怕鬼、不怕压,知难而进、迎难而上,统筹发展和安全,全力战胜前进道路上各种困难和挑战,才能依靠顽强斗争打开事业发展新天地,迎来实现中华民族伟大复兴的光明前景。
《光明日报》( 2022年12月28日 06版)
(文图:赵筱尘 巫邓炎)