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
广西加快建设世界旅游目的地 把潜在优势转化为发展胜势******
日前,广西出台《关于加快建设世界旅游目的地推动旅游业高质量发展的意见》(简称《意见》)。按照规划,到2025年,广西世界旅游目的地建设取得重大进展,初步形成具有全球吸引力的旅游产品体系,年接待游客8亿人次以上,年旅游总收入1.1万亿元以上。到2035年,广西旅游业世界影响力和竞争力显著提升,对全区经济社会发展推动作用更加有力,成为世界旅游目的地。
广西壮族自治区党委书记刘宁表示,建设世界旅游目的地,着眼推动文化旅游业高质量发展和实现全区人民对美好生活的向往。按照“世界眼光、国际标准、中国风范、广西特色、桂林经典”总体要求打造桂林世界级旅游城市,加快“三地两带一中心”升级版建设,着力打造世界最美山水和最佳健康旅游,在新的起点上推动文化旅游大发展大提升大跨越,以“一业兴”带动“百业旺”,切实把潜在优势转化为发展胜势,奋力谱写中国式现代化广西篇章。
德天跨国瀑布
打造五张世界级旅游名片
“以桂林为起点,深入广西,你会发现‘处处是桂林’,广西的每一寸土地,都看得见山,望得见水。”广西摄影家协会的风光摄影师粟俊说。
《意见》提出,加快“三地两带一中心”升级版建设,打造山水、康养、文化、滨海度假和地质奇观五张世界级旅游名片。
打造“山水”名片,以桂林、环江喀斯特世界自然遗产地为核心,开发复合型山水旅游产品,向世界展示广西山水秀丽雄奇之美。打造“康养”名片,以世界长寿之乡为核心,开发民族特色医疗、森林康养等健康旅游产品。打造“文化”名片,以世界文化遗产左江花山岩画文化景观、世界灌溉工程遗产兴安灵渠、全球重要农业文化遗产龙胜龙脊梯田为核心,开发民族村寨游览、风情体验等特色旅游产品。打造“滨海度假”名片,以北海银滩、涠洲岛等为核心,开发海滨海岛观光、历史文化体验和跨国邮轮航线等特色旅游产品,弘扬海上丝路文化。打造“地质奇观”名片,以乐业—凤山世界地质公园、乐业大石围天坑群、德天瀑布等为核心,开发观光探秘、科普研学、山地运动等特色旅游产品,向世界展示广西自然杰作、神奇秘境之美。
“五张世界级旅游名片的打造,紧密结合广西自然和文化特色资源优势,相辅相成,互相促进。”广西壮族自治区文化和旅游厅政策法规处处长邱玉红说。
重点任务涵盖软硬件和城市乡村
喀斯特世界自然遗产地、全球重要农业文化遗产龙脊梯田、世界灌溉工程遗产兴安灵渠、世界“最佳旅游乡村”大寨村……近年来,桂林市的“世界级”符号不断增多。
景区、度假区、旅游企业和基础设施,是衡量一个地区旅游产业发展质量的重要指标。《意见》提出,培育世界级旅游景区和度假区,引育世界级旅游企业,提高旅游基础设施国际化水平。至2022年底,广西共有国家5A级旅游景区9家、4A级景区334个;国家级度假区2家、自治区级度假区21家。
广西壮族自治区文化和旅游厅厅长甘霖表示,下一步,广西将推进一批国家5A级旅游景区、度假区提质升级。引进国际和国内旅游头部企业,推动国有大型旅游企业创新发展,发挥牵引带动作用;实施“领军型、骨干型、新锐型”旅游企业梯度培育计划,培育一批龙头企业、成长型企业;强化“出行即服务”理念,全面完善旅游基础设施;加快特色旅游航道、平陆运河旅游经济带、西部陆海新通道等建设,开发广西北部湾至东盟国家的海上邮轮跨国旅游航线。
在软件方面,《意见》提出,提供世界一流旅游服务,推进文化和旅游深度融合发展,延伸旅游产业链,扩大旅游高水平对外开放,推进旅游数字化建设,营造更加安全舒心旅游环境。实施“游客满意在广西”服务质量提升行动,对照国际最高标准和最好水平,推进旅游服务标准化建设。健全现代公共文化服务体系,推动博物馆、美术馆、图书馆、剧院等成为旅游目的地。实施“旅游+”和“+旅游”战略,延伸产业链,促进多产业跨界融合、提质升级。
2021年,广西乡村旅游游客近4亿人次,占全区国内旅游人数的48.4%;乡村旅游消费约2584.81亿元,占全区国内旅游总消费的28.5%和全区GDP总量的10.5%。旅游业在乡村振兴战略实施中发挥了重要作用。
保障措施兼顾各个层面
《意见》提出,要加强组织领导,各级党委、政府要将建设世界旅游目的地、推动旅游业高质量发展作为重要工作任务列入议事日程。
在项目、财政、融资和人才支持方面,《意见》要求区直相关部门加大对文化和旅游重大项目的支持力度,对广西文化旅游发展大会承办城市予以倾斜支持。加大财政支持力度,鼓励创建旅游品牌,鼓励合格投资者按市场化方式设立各类产业基金、科创基金,引导金融资本和社会资本支持旅游企业发展。实施文化名家培养工程,建立文化和旅游人才激励机制,加快培养一批文化和旅游领军人才、创新型团队。
文旅产业用地改革是近年来我国文化和旅游领域改革的热点。《意见》提出,加大用地用海用林支持力度。全面落实国家促进文化和旅游发展的各项用地用海政策,科学统筹重大旅游项目用地空间,纳入国土空间规划“一张图”管理。创新文化和旅游项目用地管制方式,支持文化和旅游项目优先使用集体经营性建设用地等系列改革政策。
刘宁表示,旅游是典型的品牌经济,要高水平打造文化旅游品牌,打造一流的景区景点,建设一流的交通设施,营造一流的服务环境,开展一流的营销策划。同时,要充分发挥文化旅游的产业带动效应,坚持“大融合”理念,推进文旅产业和一、二、三产业更高水平、更深层次、更大范围地融合,拓宽全区文旅产业发展新空间。(本报驻广西记者 宾阳 文/图)
(文图:赵筱尘 巫邓炎)