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
2023,中非合作将迸发新活力(环球热点)******
2022年12月15日,在位于埃及苏伊士省的中国巨石埃及玻璃纤维股份有限公司(巨石埃及公司),工人在玻璃纤维生产线上工作。新华社记者 隋先凯摄
2023年,是中国真实亲诚对非洲政策理念和正确义利观提出10周年。10年间,中非合作不断深化拓展、提质升级,中非全面战略合作伙伴关系迈入新时代。新的一年,虽然外部环境更加复杂,但中非共同秉持命运共同体理念,必将进一步推进“一带一路”倡议与非洲发展战略对接,全面深化各领域合作,取得更多成果,惠及更多人民。
务实合作成果多
科特迪瓦阿比让港第二集装箱码头的开港,巩固了阿比让港在西非地区的枢纽港地位,助力当地经济社会发展;马里古伊那水电站的建成,弥补了马里国家电力缺口,改善用电紧张状况;尼日利亚拉各斯轻轨蓝线项目一期工程竣工,极大改善沿线交通状况,便利民众出行……2022年最后一个月,3项新成果作为中非深化基建合作的缩影,为中非扎实推进务实合作再添新注脚。
“过去10年,中非合作不断深化拓展、提质升级,沿着构建更加紧密的中非命运共同体方向不断前行,中非全面战略合作伙伴关系迈入新时代,展现蓬勃发展新气象。”对外经贸大学国际关系学院教授、国家安全与治理研究院常务副院长陈须隆接受本报记者采访时表示,中国秉持真实亲诚理念和正确义利观,同非洲国家构建了健全的合作机制和广阔的合作平台,取得了丰硕的合作成果。
近年来,中非关系不断升级。2015年中非合作论坛约翰内斯堡峰会上,双方同意将中非新型战略伙伴关系提升为全面战略合作伙伴关系。2018年中非合作论坛北京峰会上,双方一致决定构建更加紧密的中非命运共同体,中非全面战略合作伙伴关系迈入新时代。2022年,中方提出“非洲之角和平发展构想”,率先支持非洲联盟加入二十国集团,受到非方欢迎。
在共建“一带一路”倡议推动下,中非经贸合作日益密切、贸易规模稳步扩大。中国商务部数据显示,中国已经连续13年保持非洲最大贸易伙伴国地位,2021年中非贸易额达到2542.89亿美元,同比增长35.3%,创历史新高。2022年8月,首批非洲对华正式出口的鲜食牛油果,在肯尼亚利穆鲁镇的桑瑞普工厂完成打包装运,经海运抵达上海港。中国对非投资强势反弹,仅2021年1—9月,中国对非全行业直接投资25.9亿美元,同比增长9.9%,已超过2019年同期水平。中非发展基金自2006年成立以来,已累计在非洲37个国家投资决策了110个项目,决策金额近60亿美元。
中国对非基础设施合作继续巩固传统优势,承包工程的合同额保持增长。中非合作论坛成立以来,中国企业为非洲新增和升级铁路超过1万公里,公路近10万公里,桥梁近千座、港口近百个,还有大量医院和学校,累计创造就业岗位超过450万个。
中非民心相通在疫情期间进一步加强。新冠肺炎疫情暴发后,中国向非洲27国提供1.89亿剂新冠疫苗,在非洲本地化合作生产年产能达到约4亿剂,被非洲国家称作“及时雨”。常驻非洲各国46支中国医疗队第一时间投入当地抗疫行动,15支中国巡回抗疫医疗专家组和紧急建立的43个中非对口医院合作机制,为非洲带去防疫经验、方案和物资。此外,中方还全面落实二十国集团缓债倡议,同19个非洲国家签署缓债协议或达成缓债共识,还在中非合作论坛框架内免除15个非洲国家2020年底到期的无息贷款。
非洲最可靠伙伴
中国以高质高效的实际行动,给非洲发展带来实实在在的收益和机遇,赢得扎扎实实的好口碑。正如英国皇家国际事务研究所专家评价的,中国在非洲是一个负责任、透明、可靠的合作伙伴。
长期以来,中国以行动为导向,在中非合作论坛框架下先后宣布对非“十大合作计划”“八大行动”和“九项工程”,支持非洲国家提升自主可持续发展能力,切实破解非洲基础设施滞后、人才不足、资金短缺三大瓶颈。近日,肯尼亚智库“跨地区经济网络”发布一份调查报告称,过去15年,中国在非实施的路桥等基础设施合作项目正在“真实可见”地改变非洲地貌,帮助非洲国家推进互联互通建设和市场融合。非洲人民普遍称赞这是“值得尊敬”的成就。
前段时间,剑桥大学和英国舆论调查公司在20余个国家的上万名成年人中进行调查。结果显示,非洲国家民众近两年对中国的好感程度明显上升。其中,非洲人口最多的尼日利亚,对中国好感度从2021年的68%上升到2022年的83%,肯尼亚则从58%上升到82%。美国《新闻周刊》点评,随着中国经济高速发展,中国积极布局亚洲非洲和拉丁美洲,共建“一带一路”,用经贸合作开道,让这些地区的国家得到了实惠,它们对中国好评如潮。
“中国是世界上最大的发展中国家,非洲是发展中国家最集中的大陆。中国向来高度重视对非关系,一直把加强同包括非洲在内的发展中国家的团结合作作为中国外交的基石。中国外长每年首访都选择非洲,这已成为中国外交的一大特色。新时代中国特色大国外交更加重视对非关系,强调中国和非洲同为发展中国家,一直是患难与共、相互扶持的兄弟和伙伴。中非历来是命运共同体。”陈须隆说,“中国始终重视非洲、尊重非洲、支持非洲,从不在非洲谋求地缘政治私利,从不把自己的意志强加于人,已经走出了一条与传统大国截然不同的对非合作之路。中方坚定认为在未来多极世界中,非洲完全有资格成为重要一极。在非洲站起来、强起来的历史进程中,中方愿成为非洲最可靠的坚定战略伙伴。中非关系堪称中国与发展中国家关系的‘旗舰’,发挥着引领与示范作用。”
继往开来上台阶
南非伊奇科维茨家庭基金会前段时间发布了《2022年非洲青年调查》,基金会主席伊福尔·伊奇科维茨说,绝大多数非洲年轻人认为非中合作会带来双赢。一些西方国家一直在说中国不利于非洲的发展,但非洲年轻人的观点恰恰相反。这从一个侧面反映了中非关系发展的前景。
中国非洲研究院研究员、南非研究中心主任姚桂梅在媒体撰文指出,2023年,在世界主要力量深度介入非洲,大国博弈和竞争更加突出的背景下,虽然中非合作的外部环境有所恶化,但中非合作前景依然看好,中非关系有望迈上新台阶。
针对美西方罔顾事实、刻意抹黑中非关系的做法,非洲国家纷纷说“不”,非洲国家的独立自主意识和抗压能力明显增强。意大利经济学家、国际关系专家贾恩卡洛·埃利亚·瓦洛里近日在欧洲《现代外交》网站刊文指出,美国通过煽动反华情绪来加强与非洲关系的尝试没有取得成功。中国和非洲早已建立了牢固的伙伴关系,这给非洲大陆带来了实实在在的利益,是任何抹黑中国的陈词滥调都无法抹杀的。
津巴布韦《先驱报》网站文章也强调,中国处理与非洲关系的方式基于多边主义和民族平等。中非标志性合作框架,如中非合作论坛、共建“一带一路”和“非洲之角和平发展构想”,都是在承认国家主权平等和相互尊重的基础上推动的。中国不寻求主宰其他国家,不谋求成为新霸主,也不干涉别国内政。这正是为什么中国提出“人类命运共同体”理念。中国处理全球事务的冷静令人放心,这是它赢得众多朋友的原因。
“新的一年,中非关系将继往开来。双方将继续落实2021年11月通过的《中非合作论坛—达喀尔行动计划(2022-2024)》,全面深化各领域合作,推进实施‘九项工程’,携手构建更加紧密的中非命运共同体。新的一年,世界有望真正进入‘后疫情时代’,中非关系将更加聚焦经济复苏和发展问题,中方提出的全球发展倡议和全球安全倡议,将为中非关系注入新的动力和活力。中方将继续支持非盟加入二十国集团,中非将在全球治理中加强团结合作,维护发展中国家共同利益,维护国际公平正义。同时,在乌克兰危机背景下,非洲在地缘政治和世界能源格局中的地位进一步提升,各大国将更加重视非洲并采取行动,牢不可破、真实亲诚的中非关系将发挥示范与引领作用。新的一年将进一步证明,中非合作不仅走在国际对非合作前列,还将带动国际社会不断加大对非投入,支持非洲和平与发展事业。”陈须隆说。(本报记者张 红)
《 人民日报海外版 》( 2023年01月07日 第 06 版)
(文图:赵筱尘 巫邓炎)