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
烛红剪影,负笈而饴******
大连理工大学软件学院“烛红剪影,负笈而饴”寒假实践团于1月8日来到辽宁省沈阳市拜访辽宁省剪纸艺术大师,满族剪纸非物质文化遗产代表性传承人赵聪卓先生,希望通过学习非物质文化遗产—中国剪纸,来欣赏民间文俗艺术,传承中华传统文化,增添氤氲红火年味。
剪纸铺平江,雁飞晕字双
杜甫曾写道“暖汤濯我足,剪纸招我魂”。剪纸是一种用剪刀或刻刀在纸上剪刻花纹,用于装点生活或配合其他民俗活动的民间艺术。而赵先生所传承的满族伊尔根觉罗氏剪纸是中国剪纸的一个类别,早在康熙二十年就已经流传,到了20世纪中后期便作为喜庆吉祥的象征走进了家家户户,并在2016年,被营口市政府评为营口市非物质文化遗产代表性项目,两年后再次被营口市政府评选为“营口礼物“。
对于剪纸文化,赵先生这样说道说:“剪纸是人民对美好生活向往的最好表达,交融于各族人民的社会生活,是各种民俗活动的重要组成部分,在我的记忆里过年时会贴窗花,结婚时会贴喜字,生孩子时也会贴剪纸,可以说剪纸是扎根中华千年刻入民族骨髓的文化艺术”
赏翦彩精巧,习文化源远
实践队员在到达伊尔根觉罗氏剪纸馆后,先在赵先生的带领下进行了参观,欣赏了不同形态、不同用途、不同风格的剪纸,对眼前琳琅满目的艺术品充满了惊叹与喜爱。
随后,赵先生就剪纸文化为同学们进行细致的讲解。首先是剪纸的历史和意义“自古中国便有剪纸的习俗,剪纸能直接反映劳动人民对美好生活的向往,它不仅是审美上的满足,更是精神上的寄托”。接着,实践队员了解到现代剪纸有别于传统剪纸,南派多用阳刻的手法,细腻玲珑,而北派则多用阴刻的手法,厚重粗犷。现代剪纸大多将两种手法结合使用,这需要传承人扎实的基本功和敢于创新的勇气。好的一幅剪纸作品需要讲究五门功课“圆尖方缺线”。力求圆要饱满,尖要挺拔,方要整齐,缺要有序,线要流畅,每一项都要求匠人有极强的耐心和细心。并且一幅小小的剪纸,却要经历折纸、画图、剪镂、贴裱四个复杂充满学问的流程。比如纸的选择上,需用宣纸染的红、黑、紫、深蓝等色纸或地方生产的毛边纸染的大红、大绿土产纸,这些纸薄而松,质地结实,而非大家想象普通的白纸便能胜任。
接着,实践队对传承人进行了采访,并提出了自己对剪纸文化的疑惑与不解。“好的剪纸设计需要与沟通和思考,需要从量变到质变,需要扎扎实实的基本功”一幅优秀的剪纸作品往往需要花费匠人大量的精力和时间来完成,而随着传统习俗的改变和社会现代的变革,如今愿意传承剪纸这项非遗文化的年轻人越来越少。赵先生说,这更需要他们传承人积极挖掘和思考时代特色,在保留文化底色的情况下,与主流相结合,做一个有时代温度的传承者。他相信源于民间的剪纸文化能再次适应时代,作为各家各户的符号来呈现出新时代的新活力。
秉持传统,融入时代
在被问及如何更好传承剪纸文化,赵先生说:“我认为传承的关键在于如何融入新时代,用新时代的叙述方式去讲好非遗故事。若是剪纸要单纯依靠一家小店以售卖或者体验的形式去宣扬剪纸文化,那么力度肯定是不够的。怎么利用好新时代?我认为一个是通过和大企业合作,把剪纸元素融入进他们的产品中,让大家有更多接触到剪纸的机会。第二个是运用像抖音,B站这样的新媒体平台,比如像李子柒,用新媒体让全世界认识到了中国田园诗般的美,剪纸也是一样,能把艺术用喜闻乐见的方式传达给大众很重要,第三个是融入其他艺术,比如把剪纸元素融入到舞蹈、戏剧、建筑这样的艺术中,“众人拾柴火焰高”嘛,不同艺术的抱团也对弘扬也非常有益“。
“薪火相继承千年底蕴”,实践队员对此感触颇深,一代又一代的文化工匠,秉承先祖遗训技艺,将这美好精妙传承。而他们传承的不仅是一门门精美绝伦艺术,更是一种种中国人的情绪的表达,一缕缕中华民族文化自信的魂和神。
纸上得来终觉浅,绝知此事要躬行
通过传承人的讲解与指导,实践队员决定尝试自己剪出一幅的剪纸,切身感受剪纸过程中的酸甜苦辣。
在艰辛的实践下,队员们剪出了精美喜庆的剪纸
通过一天的实践,实践队员对剪纸文化的美有了更为深刻全面的认知,并亲身体会到了剪纸制作的艰辛不易,收获了展出成品时的自豪喜悦,同时了解到同剪纸一样的非遗文化在传承和弘扬上面临的困境和挑战。在更直观地体悟到保护非遗文化的重要与困难后,实践队与传承人展开了讨论,得出了更好保护非遗文化的方法:大众层面,我们应自觉地学习了解非遗文化,并落实在行动中,切身体会非遗文化的美,匠人方面,要耐得住寂寞,坐得住板凳,以虔诚沉稳的心对待非遗艺术,并且不能一昧固守传统,而要让非遗艺术融入新时代并随时代发展,展现出新的活力,政府部门方面,既要加大对非遗文化的投资,不让传承匠人因经济等原因而放弃,还要多加建设非遗文化的展现平台,让非遗文化更多地走进寻常百姓的生活。通过这样三管齐下,实践队相信非物质文化遗产一定得到根本性的保护、传承与发展,中国非物质文化遗产也一定能走向大众,走向世界,走向未来。(孙泽昕)
(文图:赵筱尘 巫邓炎)