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
岁朝清供纳福来******
▌胡烟
(明)陈洪绶 瓶花图
年来了。古代,传说“年”是一种恶兽。固定时期,凶猛的年兽会进攻村寨。人们放爆竹恐吓、贴春联讨喜,以此驱赶年兽的进攻。
“年兽”从来没人见过,但过年的习俗却留了下来。年,不仅是我们民族最重要的节日,更是迎接春天的仪式。
等春节一过,便是立春。此时离春天还早,我们像是顽皮的孩童,扒着门缝巴望着春天的影子。眼前风景,当然还徘徊在冬的领域。但,欣慰的是,大寒带走了极寒。否极泰来,温暖的日子毕竟不会远了。
立春前后,景色有两种可观,一是室外,皇家园林的美妙雪景。二在室内,正月里象征吉祥的清供。
大寒之后,京城又迎来一场雪。俗话说,一场雪,让故宫变成紫禁城。多少人期待着故宫的雪!经典的角楼雪景照,如同月宫景象,纯净华美。多层的屋檐,向着天空稍稍翘起的优美曲线,雪后轮廓更加清晰。静谧中,与神对话。不必期待承乾宫的梨花、永和宫的紫藤、慈宁宫的玉兰,暂且为了故宫雪景,好好珍惜着眼前的冬的尾声。
雪后故宫,建筑的秩序感,那些横平竖直、对称的殿宇,在茫茫的世界里,庄严清奇。红墙黄瓦的色彩分外明丽,还有殿前象征帝王气势的大片空地,像是中国画的留白,神秘而意蕴丰富。这是历史的省略号,无数史书之外隐匿的细节,都在这留白里,无从言说。
颐和园雪景也美。有人惊叹为“绝世容颜”。勤奋的摄影师,会早早抵达,取景框里寥无人迹。雪后,十七孔桥的清晨,玉树琼枝映雪龙。水影如同清亮的镜子,水边似有花旦对镜婀娜起舞。大地似一块简洁的画布。卧牛背上一弯沧桑的雪痕,亘古不变地守望远方。遥望佛香阁,像是隔着千里万里。江山不夜月千里,天地无私玉万家。好一个天地无私!
此时,天坛、地坛;日坛、月坛,处处雪。这些恢弘的名字背后,是“京城”的巨型印章。雪后,在这些公园里走一走,去感知天地岁月之沧桑,历史画卷之恢弘。对比之下,个人情绪何其渺小……
皇家园林的气派,尽在一场雪后。不知有没有前人总结过——江南园林喜雨,皇家园林喜雪。
近几年,我去江南多。总感觉,不论是西湖堤岸还是苏州的拙政园、沧浪园等私家园林,都是喜欢雨的。绵绵的雨,冲刷油绿的植物,带着撩人的微寒和暧昧,淋湿了玉兰的蓓蕾。水墨效果的斑驳的墙,诗人撑一把伞伫立遐思许久。墙根下苔藓微绿,映照着悠悠荡荡的假山下的流水。滑溜溜的鱼,穿来游去,捕捉水面的雨水气泡。少行人,林更幽。一扇半圆形的石拱门,等待有情致的佳人迈步……
再说室内风景,便指的清供。一方清供,点亮一间屋。清供,重在一个“清”字,早先从佛前供花而来,所以,并不彰显富贵。一束草、一截枝、一弯水,都可以成为清供。
中国画领域,多有新春以清供入画的作品,也就是岁朝清供图。历朝历代画家都有代表作。印象最深的,元代钱选、明代陈洪绶,都有作品传世。陈洪绶的清供图最有特色,以铜器作为养花器皿。青铜的锈色,乍一看感觉古怪,越品越有隽永的气息。这几乎成为他画作的一种密码。
海派画家吴昌硕几乎每年都画岁朝清供图。菖蒲、水仙、柿子、梅,既吉祥,又有君子的清气。白石老人也多画此题材,鞭炮、牡丹、红灯笼,文人们避之唯恐不及的民间俗物,在他的妙笔下变成大俗大雅的图式。
清供,是为了年,过年祈福。年前大扫除之后,家家户户都开始布置着室内的装点。现代人已经多把清供演绎成插花。
插花的艺术,最好跟古人学。日本的插花艺术,灵感来源于中国的禅学。
瓶花最好得“画家写生之妙”。我没学过插花,所以不敢卖弄,最藏拙的办法,是色彩尽量简约,不繁杂。翻看一本专业书《瓶花之美》,其中介绍了一个捷径,便是按照宋代的花鸟小品来插花。这个有趣,我常翻阅画册,却没想过拿来作为插花的参照。眼前的《果熟来禽图》《梨花鹦鹉图》《腊梅双禽图》《出水芙蓉图》,一帧一帧宋画小品,真像是插花艺术别样的呈现方式。那些从空中伸向画面的枝条,是遒劲的,像书法的笔墨。枝头的花,安静灵动,欲语还休。
参照这种意思,我先买来三枝火龙珠,叶子碧绿,枝干结实,饱满的红珠子,喜气却不抢眼。我最爱红珠子根底部那抹浅绿,蕴藏生机。又买澳洲腊梅,星星点点,花瓣与叶子全红,没有普通梅花那种冷逸,秀气耐看。细看花型,玲珑小巧,小家碧玉般令人怜惜。这样色彩鲜艳的花,瓶子越是朴素越好,古朴的陶器最有山野气。否则,便易由富贵而生轻佻。
水仙,是每年必不可少的。今年,掌握着室内温度,不令她开得太早。往年,大寒时节栽种的水仙,懒洋洋晒太阳,不到半月,花便开了。赶不上春节。如今,让她生长得慢,延长她的青春,将花期控制在立春之后。此外,在水中安放一只小龟——当然不是真的龟,而是友人赠送的石雕小龟,镇纸。且让它守着一盆水仙,令这方小小的水塘有生气。
水仙素雅,有顾影自怜的仙气。记得八大山人画水仙,将其画成佛手的样子,欲语还休,令我思量许久,参不透他的意思。
今年特别开心的是,买到了鲜切雪柳,它有一个好听的名字叫“南方殊雪”,来自昆明。是呀,昆明少有雪,开在柳树上的小白花,是雪的化身。雪柳初买回来,是绿色的柳条,向上伸展的腰肢,软软的,很婀娜。用白色瓷瓶插起来,千娇百媚,令我想到少女白皙的手臂。过几日,生出白色的小花苞,像茉莉。忽然一日清晨,目光与她相遇的瞬间,她送你满树繁花,我心情灿烂到极点。夜晚灯下,逆光欣赏,真像是漫天飞舞的雪。南方殊雪,浪漫情怀满屋。
如此,这个年,没有热闹的庙会,却也并不落寞。在静谧中沉淀自己,试着在平常的生活中生出一些喜气。这种意趣,唯有自己走出去,寻找。或者,在温暖的房间里,动手创造。我听见,春姑娘隔空喊话——准备好了吗?不负春光。
(文图:赵筱尘 巫邓炎)