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
看见文明和美好——上海浦东创建全国文明典范城区观察******
光明日报记者 颜维琦
浦东开发开放30年取得的显著成就,为改革开放和社会主义现代化建设提供了最生动的实践写照。眼下的浦东,面对的又是一道新的考题——
打造社会主义现代化建设引领区,能否实现物质文明建设和精神文明建设高质量发展、社会治理能力和城市治理水平高效能提升、群众生活质量和城市发展品质高水平改善、市民文明素质和城市文明程度高标准示范?
记者日前来到浦东新区多个街镇的居民区、集市商圈、公园绿地、图书馆,发现以创建全国文明典范城区为契机,浦东正在谋划一篇立足“大文明”的文章,着力让文明创建成为破解治理难题、为民办实事的有效抓手,让文明成为无处不在的生活细节,让文明成为一座城市的精神面貌和价值取向。
文明的城区,应是烟火气盎然的
不少人理解的文明创建就是街面打扫干净、车辆码放整齐、整治“脏乱差”“老破小”……这时,菜场、夜市、背街小巷、公共厕所,往往成为文明创建的薄弱环节,是否应“一整了之”“一赶了之”?
在浦东,居民身边的“菜篮子”有了“七十二变”。每天早晨,金杨路上的金杨市集都格外热闹,除了买菜,不少居民是专程来吃早餐的。金杨市集的前身是建于1998年的枣庄集贸市场,经历了从露天摆摊到“退路进室”,是典型的老菜场。2021年,对周边居民开展充分调研后,当地明确将“菜篮子工程”与“早餐工程”有效融合进行改造。2022年,金杨市集挂牌上海市五星级标准化菜市场,是浦东首家获此殊荣的菜市场。
浦东菜市场建设的数量与质量均位居上海全市前列,商务委在册的菜场就有196家。推动缺配地区菜场新建、老旧菜场改建、传统菜场转型,浦东精心呵护街巷社区的“烟火气”。昔日文明创建的薄弱环节,成了凝聚人心、汇聚人气的亮点所在。
特大型城区的管理,要做到“精细”二字绝非易事,高楼林立的背后,有不少“老小旧远”的难题有待破解。在塘桥街道峨海小区入口处,原本平平无奇的门卫室焕然一新,成了集接待、咨询、便民、公益等服务于一体的社区阵地,周边搭配微景观,平添一道风景线。
一段时间以来,塘桥街道在“家门口”服务体系建设推进中发现:服务对象仍以覆盖老年人为主,年轻群体感受度不高;社区党组织不断强化宣传、治理和服务功能,群众对党建工作的获得感提升仍不够明显。梳理之后发现,小区的主出入口是社区所有人群的必经之地,也就意味着,这里成了可以实现社区全人群覆盖的新公共空间。小小的“门房间革命”应运而生,形成社区治理的第四空间,也带动更多人参与到社区治理中来。2022年,这一改造在塘桥街道24个居民区实现全覆盖。
在“我为群众办实事”实践中,浦东新区文明办深入社区基层,以群众的“急难愁盼”作为发力点,联动街镇破解基层治理难题,用精神文明建设赋能“家门口”服务,全面推进“城中村”和老旧小区综合治理。在一个个难题的纾解中,带来城区品质的大提升,也为全国文明典范城区创建打下扎实基础。
文明的城区,应是人与自然和谐共生的
可以打卡最美天际线,也可以走进100多年前远东最先进的码头;可以吹吹江风,走一走12座“云桥”,也可以坐进驿站,看云卷云舒……东岸滨江新时代文明实践带行走线路一上线,就成了“网红”。60分钟的路程,串联起30个沿线地标、20个滨江故事,参与者可以走进浦江东岸工业文化百年变迁,沉浸式体验“人民的滨江,世界的会客厅”。
这里也是沪上骑行者的打卡胜地。江上轮船来往、白鹭齐飞,江边芦苇飘荡、草坪开阔,青年艺术家的涂鸦作品让骑行有了更多乐趣。骑行者们将杨浦大桥下方的绿道起点称作“北墙”,徐浦大桥下的终点则是“南墙”,每逢周末,纷纷来到这里开启一次“撞南墙”的骑行之旅。有市民感慨,滨江岸线“三道并行”,可以散步、跑步、骑车,享受家庭休闲时光,“各行其道,各美其美,就是文明的样子”。
江、河、海可亲可近,高楼“森林”怀抱着绿地和老建筑——在浦东,时时能感受到人与人、人与自然、人与历史文化的相遇。中国式现代化是人与自然和谐共生的现代化,走的是生产发展、生活富裕、生态良好的文明发展道路,既要创造更多物质财富和精神财富以满足人民日益增长的美好生活需要,也要提供更多优质生态产品以满足人民日益增长的优美生态环境需要。
家住浦东高行镇新高苑小区的刘阿姨,已经把家门口的赵家沟作为休闲散步的首选去处,“这里河水清澈、岸边绿化好,休闲设施也齐全,天气好的时候过来散散步,心旷神怡。”位于高行镇的赵家沟条段是三星级河道。在做好城乡中小河道综合整治工作的同时,浦东新区通过星级河道和样板水系创建,打造水上景观样板。浦东新区还提出“建设造福人民的幸福河”,启动生态清洁小流域建设,将水源保护、面源污染防治、农村环境整治、人居环境改善有机统一起来,水系、道路、农田、村庄、绿化同步规划、同步治理。
经历了经济快速发展的浦东更能理解,生态环境是城市发展的根基,绿色是人民城市最动人的底色。过去十年来,浦东新区积极推动“公园城市”建设,全力增加绿色空间、提升绿色品质。2022年1月,占地面积167公顷的合庆郊野公园一期开园。作为浦东新区首个郊野公园,合庆郊野公园在保护农田和农村肌理的基础上,让农村村落、农田、果园及森林,与公园新建景观交织,形成了区别于其他公园的特有风格。
在创造高品质生活上,浦东勇于作为,把最好的资源留给人民,把最优的服务送给人民,把最美的生态献给人民,把最便利的出行带给人民,加快为群众创造美好生活。
文明的城区,应是“人人参与、人人享有”的
今天,打造社会主义现代化建设引领区的浦东,如何深刻理解文明、持续践行文明?文明内化于心,外化于行,它是诚信、是秩序、是开放、是效率,体现在每个人的日常生活中。文明是最大的软实力,决定了一个城市能够站得多高、走得多远。它是市民文明素养的细枝末节,更是看得见的营商环境,对区域经济有着显著的带动作用,也制约着经济发展的上限。检验一个城市的文明程度,最直观的一条,就是看人们愿不愿意到这座城市来,愿不愿意留在这里、投身其中。
陆家嘴街道是上海建设金融中心的核心承载区,面积约6.89平方公里,辖区实有人口12.6万,境外人员0.7万,109幢商务楼宇中有近30万的工作人群。陆家嘴街道的做法是通过区域化党建,促进商务楼宇与小区楼组“两楼联动”,在链接多方资源中,实现参与主体多元化。2022年,陆家嘴街道楼宇商圈党群服务站揭牌。
截至2022年年底,浦东新区已建设形成“1+36+1347”区级、街镇、村居新时代文明实践三级阵地网络全覆盖,并形成177个特色新时代文明实践阵地。新区实名认证注册志愿者超130万,建设市、区两级志愿服务基地71个。浦东清楚地认识到,市民群众对更精细化的管理,更人性化的服务,更常态化的创建有了更多的需求,这就要求文明创建工作不能止步,不能满足现状,必须更加突出精神文明的本质要求和为人民群众服务的宗旨。
2022年11月1日起,作为首部针对小区治理的浦东法规,《上海市浦东新区推进住宅小区治理创新若干规定》开始实施。着眼小区治理“顽疾”,浦东以立法和制度补位,着力加强居民自治能力建设,更好发挥多元力量的作用,实现“众人的事情由众人商量”。
“创建为民,创建惠民,创建靠民”,如今的浦东正深入践行“人民城市”理念,以创建利民惠民的实际成果激发市民的参与热情,以市民文明的自觉提升文明创建的水平,以人的全面发展来促进城市治理水平的持续提升,在典范城区的创建实践中讲好新时代的中国故事、上海故事。
《光明日报》( 2023年01月06日 04版)
(文图:赵筱尘 巫邓炎)