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
【思享家】坚持胸怀天下,推进新时代党的理论创新******
作者:艾四林(清华大学习近平新时代中国特色社会主义思想研究院院长、教授)
我们党之所以能够走到今天,从弱到强、从小到大,取得一个又一个胜利,一个重要原因是始终将马克思主义基本原理同中国具体实际相结合、同中华优秀传统文化相结合,不断开拓马克思主义中国化时代化新篇章,实现理论上的创新。这“两个结合”充分说明了马克思主义从普遍到个别的历程,是推进党的理论创新的根本途径,是中国化时代化马克思主义理论之树常青的奥妙所在。在此基础上还有另一个方面也是十分重要的,那就是我们党在进行理论创新的时候始终立足于中国实际,又放眼世界胸怀天下。党的二十大报告用“六个坚持”科学凝练了习近平新时代中国特色社会主义思想的立场观点方法,概括了习近平新时代中国特色社会主义思想的世界观和方法论。“六个坚持”其中之一就是必须坚持胸怀天下。必须坚持胸怀天下既构成了习近平新时代中国特色社会主义思想的世界观和方法论,也是指引我们进一步推动党的理论创新的重要途径。
“必须坚持胸怀天下”体现了马克思主义的初心和使命。人类情怀是马克思主义鲜明的品质。习近平总书记在纪念马克思诞辰200周年大会上曾经这样强调,马克思主义博大精深,归根到底就是一句话,为人类求解放。在马克思之前,社会上占统治地位的理论都是为统治阶级服务的。马克思主义第一次站在人民的立场探求人类自由解放的道路,以科学的理论为最终建立一个没有压迫、没有剥削、人人平等、人人自由的理想社会指明了方向。因此,离开了人类的情怀、世界的眼光,离马克思主义也就相距甚远了。中国共产党的诞生是中国近代历史发展的结果,是中国近代工人运动发展的结果,也是国际共产主义运动发展的结果,更是顺应世界发展大势的结果。中国共产党从诞生的那一天起就是以马克思主义为指导的,我们之所以在众多的思潮当中、众多的主义当中选择马克思主义为指导,正是因为对马克思主义科学性先进性深信不疑,这也正是对马克思主义“人类情怀”的认同。因此,人类情怀、世界眼光是中国共产党人的基因,选择了马克思主义为指导就选择了真理的制高点、选择了道义的制高点。回顾我们党一百多年的历程,始终是把为人类作出更大贡献作为自己的使命。一百多年的历史证明,我们党既是为中国人民谋幸福、为中华民族谋复兴的政党,也是为人类谋进步、为世界谋大同的政党,只有更好地理解这“四为四谋”,才能正确把握我们党完整的初心和使命。
“必须坚持胸怀天下”是我们党百年理论创新和实践创新的宝贵经验。回顾这一百多年的历程,可以清晰地看到无论是在革命、建设、改革各个历史时期还是在新时代,我们党始终是以世界眼光关注人类的前途命运,始终从人类发展大潮流、世界变化大格局、中国发展大历史来正确认识和处理同世界的关系。一百多年来,我们党始终和外部世界处于相互的互动当中,并在这种互动当中不断开创革命道路,乃至于今天的现代化道路。回顾中国革命之所以能够走上胜利发展的道路,很重要的一个原因就是吸收了世界无产阶级革命的经验,也吸取了世界无产阶级革命的教训。我们能够走出中国式现代化新道路,创造人类文明新形态,提出中国自身发展逻辑,很重要的两点恰恰是西方现代化和苏联以及其他国家的社会主义现代化建设构成了中国式现代化的借鉴。党的二十大报告谈到了中国式现代化五个方面的中国特色,每一个方面都是以西方现代化作为借鉴的,是对应西方现代化而言的。这种对着讲不是语言的游戏,而是实践当中我们的创造,是实践成果的反应,实践当中我们就是这么做的。因此可以发现,中国式现代化的开创以及顺利推进都是基于我们的世界眼光,基于我们党具有的人类情怀。我们党的领导人在不断的理论创新和实践创新中形成了自己独特的世界观和全球观,都是面向世界的、着眼人类未来发展的重大理论和实践创新,也因此对世界产生了深远的影响。
“必须坚持胸怀天下”是中国化时代化的马克思主义走向世界、为人类作出更大贡献的重要途径。新时代新征程对中国化时代化的马克思主义提出了更高的要求,也提出了更强的挑战。新时代新征程,中华民族伟大复兴进入关键时期,中国同世界的关系发生历史性的新变化。我们日益走进世界舞台中央,走向世界舞台中央的中国具有什么样世界眼光、具有什么样的人类情怀,直接影响了我们能否真正在世界舞台中央持久地站立。一个没有世界眼光、没有人类情怀的民族不可能走向世界舞台中央,也不可能持久地占据世界舞台中央。建设社会主义现代化强国进程中会面临很多的问题与挑战,其中很重要的一个挑战是来自外部环境的变化,就是世界环境的变化。世界百年未有之大变局在往深层次方向发展,如果不能够洞察这个变化的逻辑及规律,中国自身的建设就很难顺畅地推进。所以要想谱写马克思主义中国化时代化新篇章,既要立足于中国大地汲取中华优秀传统文化的滋养,回答好中国之问;又要拓展世界眼光、洞察人类发展进步潮流,以宽广的胸襟吸收人类一切优秀文化成果,回答好世界之问。
(文章为作者在“第四届习近平党建重要论述研究论坛”上的发言。光明网记者刘梦甜整理。)
(文图:赵筱尘 巫邓炎)