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
海南守护生态底线,“两山”转化的路径探索******
这是在海南五指山市水满乡拍摄的昌化江(无人机照片)。新华网发
1月的海南,处处绿水青山。
海南的绿水青山何以“金山银山”?
近年来,海南立足得天独厚的自然地理条件,牢固树立“绿水青山就是金山银山”的理念,因地制宜,坚持在开发中保护、在保护中开发,积极推动生态价值转化,让百姓在“两山”转化实践中受益。
小小茶叶 变成致富法宝
薄雾轻拢山间,民谣萦绕云天,郁郁葱葱的茶树冒出绿芽,黎族阿姐们在茶树间穿行,手指在茶尖跳跃,一片片嫩绿的茶芽落入茶篓,人与自然融为一体,画面清新和谐。
这是海南五指山市的毛纳村景色(无人机照片)。新华网发
“去年上半年,我家依靠卖茶收入4万元。”五指山市水满乡毛纳村村民王菊茹说,种茶卖茶不光让她能供养4个孩子读书,生意还做到了外地,不少游客线上与其订购茶叶。
走进毛纳村,清澈的水流穿村而过,清凉的山风吹拂着水面,水车正悠悠转动,放眼望去一片青绿。优美的景色、新鲜的空气、清香的红茶吸引着各地的游客纷沓而至。
“村子里游客多了,一天忙活下来,我能挣到上百元。”水满乡毛纳村村民王叶侦正坐在凉亭里织着黎锦,身旁摆放着手工茶叶和黎锦服饰,吸引着游客驻足购买。
水满乡毛纳村小组组长王国刚介绍,毛纳村共33户128人,过去村民选择外出打工,如今村里茶叶产业逐步发展,建成570亩的茶园,吸引了大量村民留村就业,超80%的农户种植茶树。去年“五一”假期,全村共计接待游客近3000人次,获得旅游收入超10万元。
围绕茶叶,五指山市将继续做大品牌影响力,用好五指山红茶的国家农产品地理标志,发挥品牌效应,将五指山红茶“走出去”,以茶促旅,以旅兴茶,助农增收促进乡村振兴,让茶叶变成农民的“金叶子”。
这是海南五指山市的毛纳村景色(无人机照片)。新华网发
菌俏菇靓 一片土地多种收入
走进白沙黎族自治县青松乡,一缕缕阳光穿过橡胶叶,洒向林下的菌菇大棚。大棚中,工人正细心地检查、照顾着红托竹荪、虎奶菇等菌菇作物。
“多打这样一份零工,家里经济更宽裕了,每天可以多炒一道菜。”女工符丽梅正在挥舞着锄头,刨出一条条半米宽的畦床,并将虎奶菇菌苗整齐地摆成两排。
充分利用每一寸土地,让每一片土地发挥更大的价值,青松乡基本建成1000亩菌菇种植园,预计全年能提供临时岗位1万余人次,助农实现稳定增收。
“我们以‘企业+村集体’合作的形式,利用流转来的橡胶林地套种猪肚菌、虎奶菇、红托竹荪等菌菇,去年村集体年收入达到69万元。”青松乡负责人说。其中,“橡胶+红托竹荪”产业经济效益最为显著。红托竹荪亩产达1500斤,按照平均价60元/斤,每亩可增加产值9万元。
近年来,白沙大力推广林下种植、林下养殖的生产方式,创新天然橡胶“宽行窄株”种植模式,将土地利用率提升150%,探索出橡胶“+红托竹荪”“+凤梨”的林下种植和橡胶“+五脚猪”“+山羊”“+蜜蜂”的林下养殖双模式,从林下蹚出一条致富新路,推动立体经济发展。
依托建设国家“两山”实践创新基地的契机,白沙积极打造“两山银行”,通过搭建运营平台,探索建立生态资源的“调查评估—收储流转—提升开发—风险监管”转化机制,实现“存入绿水青山,取出金山银山”,探索“两山”转化实践路径、推动生态价值转换的有效途径。
宜居宜业宜游 荒山变金山
作为海南典型的资源型市县,被誉为“海南聚宝盆”的昌江黎族自治县以高品位的“亚洲第一露天富铁矿”——石碌铁矿而闻名。经过多年的开采,石碌铁矿的露天铁矿趋于枯竭,裸露的山体就像一块块“伤疤”。
在海南省委、省政府的积极推动下,昌江通过探索实施“生态修复+废弃资源利用+产业融合”的矿山生态修复新模式,曾经大片裸露的土地和漫天灰尘消失不见,取而代之的是漫山遍野绿意盎然。石碌铁矿被重新赋予了矿山公园和矿山特色小镇的新使命。
“以前矿山开采的时候,噪音、炮声、大卡车声较大,灰尘也比较多。现在就不一样了,空气比较新鲜,环境变好了,身体也健康了。” 叉河镇叉河村村民豹爱萍说道。
海南石碌铁矿国家矿山公园管理中心负责人表示,通过创新矿山生态治理模式达到三方共赢的局面,未来的30年,这片区域都会有企业来管护,不会出现治理完就荒废的局面,生活在这里的老百姓可以长期享用这片绿水青山的福利。
王下乡“黎花里”。新华网发
王下乡是昌江向“绿色转型”的典范。王下乡位于海南霸王岭国家森林公园腹地,曾是昌江最偏远落后的贫困地区,有“海南小西藏”之称。如今,绿水青山环抱下淳朴黎乡风情,正吸引着越来越多的游客来到王下乡打卡。
初入王下乡,一栋栋修饰一新的船型屋民宿映入眼帘,向外望去,眼前是绿油油的稻田,远处是巍巍群山,看着家家户户的民房外墙上生动的彩绘,仿若身处流动的黎族文化博物馆。
“短短几年时间里,村子从破败不堪逐渐蜕变成如今的美景,每天还能看到各地来的游客,这在以前是想都不敢想的。”村民韩小春搬进了政府帮忙修建的新房,在家门口的民宿工作,每月能拿到3300元工资。
近年来,王下乡依托得天独厚的生态环境资源和黎族特色文化优势,积极探索“两山”转化的实现路径,推动全乡“拔穷根”“摘穷帽”。全乡已开设农家乐9家、民宿8家。2020年至2022年9月,王下乡累计接待游客23万人次,直接拉动旅游收入破千万元。2022年,脱贫人口人均纯收入近2万元,比2016年同比增长262%。
霸王岭深处的王下乡吃上了旅游饭,得益于丰富的热带雨林资源和生态环保的理念。“人不负青山,青山定不负人。”良好的生态环境是海南自贸港着力打造的核心竞争力之一。
绿水青山是心之所向,乡村振兴是民之所望。生态兴则文明兴,文明兴则促乡村兴。海南“两山”转化的实践还在路上,这条路也将是人民通往幸福的道路。(李笑涵 张铭琪 董鑫悦)
(文图:赵筱尘 巫邓炎)