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
春运大考遇上“乙类乙管” 疫情防控该如何做******
1月8日起,我国正式开始对新冠病毒实施“乙类乙管”。当天,正是春运开始的第二天。春运首日,全国共发送旅客3473.6万人次,环比增长11.1%,比2022年同期增长38.9%。
春节是我国传统节日中最重要的一个节日,过去3年,因为疫情,不少群众一直没有回乡过年。国务院联防联控机制春运工作专班初步分析研判,2023年春运期间客流总量约为20.95亿人次,比去年同期增长99.5%,恢复到2019年同期的70.3%。
与超20亿人次的客流量并行的是对新冠病毒实施“乙类乙管”。1月8日起,依据《传染病防治法》,我国对新冠病毒感染者不再实行隔离措施,不再判定密切接触者;不再划定高低风险区;依据国境卫生检疫法,不再对入境人员和货物等采取检疫传染病管理措施。
在1月8日召开的国务院联防联控机制新闻发布会上,国家卫生健康委新闻发言人、宣传司副司长米锋说,新冠病毒“乙类乙管”后,工作重心从“防感染”转到“保健康、防重症”,从风险地区和人员管控转到健康服务与管理。米峰强调,实施“乙类乙管”,不是放开不管,而是强调更加科学、精准、高效做好疫情防控,更好统筹疫情防控与经济社会发展。
春运期间,农村地区可能迎来重症高峰
1月7日,《新型冠状病毒感染防控方案(第十版)》(以下简称“第十版防控方案”)发布。第十版防控方案指出,农村地区医疗卫生基础相对薄弱,是疫情防控的重点地区。
国家卫生健康委医政司司长焦雅辉在接受央视采访时表示,在春运之前,中小城市和农村地区已经迎来了感染高峰。根据这个趋势来看,春运期间有可能迎来这些中小城市和农村地区急诊和重症的发病高峰。
一些比较偏远的农村地区,交通不够便利,为了保证这些地区的重症感染者得到及时的转运救治,国务院联防联控机制要求农村地区扩大基层医疗卫生机构院前急救的力量,每个乡镇卫生院和社区卫生中心要配备一辆救护车,纳入各个县域的120急救系统统一调度。
1月7日召开的国务院联防联控机制新闻发布会上,国家卫生健康委基层司司长聂春雷表示,各级各类医疗机构要有专人负责转诊衔接,简化重症患者转诊流程,完善转诊绿色通道。对于高龄合并慢阻肺、糖尿病、心血管疾病等基础性疾病的感染者,第一时间要转诊到有救治能力的医疗机构,可以直接转到三级医院,不一定要层层转诊。
聂春雷表示,农村地区“关口前移”的核心是落实“早发现、早识别、早干预、早转诊”,对65岁以上的老年人、孕产妇、儿童、残疾人等重点人群进行一对一包保联系,每周联系服务不少于两次,及时发现问题,及时处置。
此外,还要加强对农村重点人群的健康监测,对可能出现的新冠重症风险的苗头和倾向性症状,要及时识别,及时给予指导和转诊。
聚焦XBB的输入风险和城市污水病毒监测
1月8日的国务院联防联控机制新闻发布会上,中国疾控中心病毒病所研究员陈操表示,多项研究结果表明,和新冠病毒原始株、世界卫生组织此前公布的关切变异株以及奥密克戎早期进化分支相比,XBB进化分支的免疫逃逸能力明显增加,这也导致了XBB毒株在美国等国传播优势呈现明显增加的趋势。
截至2023年1月7日,全球已在35个国家和地区监测到了XBB.1.5。美国疾控中心预测,未来几周之内,XBB.1.5有可能会取代当前流行的BQ.1和BQ.1.1,成为美国的优势流行株。
“乙类乙管”之后,我国不再对入境人员和货物等采取检疫传染病管理措施,有公众担心,XBB毒株会很快在中国传播。对此,陈操表示,我国对国际上流行XBB系列变异株的国家新出现变异株的流行态势,新变异株的传播力、致病力和免疫逃逸能力开展动态监测,以防范和研判这些变异株输入我国的风险,并针对性地建立了应对流行的预案。
在新公布的第十版防控方案中,要求动态监测新冠病毒变异情况。1月8日召开的国务院联防联控机制新闻发布会上,国家疾控局监测预警司司长杨峰表示,疫情防控进入新阶段以来,疾控部门进一步完善新冠病毒变异监测的工作方案,在原有工作的基础上,加强了入境人员、就诊患者、重点场所和重点人群的采样送检和测序比对工作。
值得注意的是,第十版防控方案在病毒监测预警方面增加了城市污水监测的有关要求。杨峰解释说,在污水处理厂开展新冠病毒的监测,可以评估更大辖区范围内人群新冠病毒感染的趋势变化,适用于更长时间和更大范围的监测。
杨峰表示,居民楼的污水监测可以更好地发挥预警作用。便于及时发现可能存在感染者的区域,再进一步追踪发现阳性感染者,进而采取相应的控制措施,主要应用于疫情早期尚未出现大范围流行的时候。
杨峰说,现阶段,我国内地新冠病毒感染仍处于流行阶段,所以选择在有条件的城市开展污水监测工作,来辅助评估新冠病毒感染疫情流行强度、变化趋势等情况,为疫情研判和防控工作提供科学依据。
避免前往疫情高流行地区探亲旅游,春运途中做好个人防护
第十版防控方案再次强调“每个人是自己健康的第一责任人”。春运期间,出行人员该如何做好个人防护?在1月8日召开的国务院联防联控机制新闻发布会上,中国疾控中心传防处研究员常昭瑞倡导公众避免前往疫情高流行地区探亲旅游,也倡导一些疫情高流行地区的人员尽量减少出行,居家治疗的新冠病毒感染者非必要不外出探亲,出现发热、干咳、乏力、咽痛等症状的人员在未排除感染风险之前避免乘坐公共交通工具,不前往人群聚集场所。自感有较高感染风险的人员,应在排除风险之后再出行。
公众如果要出行,常昭瑞建议,行前一定要科学规划,提前做好攻略,了解目的地的疫情情况,尽量错峰出行,避免前往人群聚集场所,降低感染风险。此外,要备足口罩、手消以及消毒纸巾等防护用品,以及体温计、抗原检测试剂盒、解热镇痛药物等,同时关注气候变化,备足保暖衣物,防止着凉。
在出行途中,公众要做好自我防护,在环境密闭、人员密集的场所,比如候机、候车室,乘坐飞机、火车以及地铁、公交车等公共交通工具时,要全程规范佩戴口罩。
在公共场所要保持合理的社交距离,减少近距离与他人接触。要做好个人卫生,尤其是随时关注手卫生,避免接触公共物品。咳嗽或打喷嚏的时候,要用纸巾或者肘部遮挡,将用过的纸巾及时丢进垃圾桶。如果接触到呼吸道分泌物,要及时洗手或者进行手消毒,在外或乘坐公共交通工具时,要尽量减少用餐次数,错峰就餐。尽量不去人员密集、空气不流通的场所。前往景区等公共场所,要遵守预约错峰的要求。
返乡或者返程后,要密切关注自身及家人的身体健康状况,如果出现发热、干咳、乏力、咽痛等症状,要及时进行抗原检测或视情况就医。返乡返程初期,做好症状监测的同时,尽量减少与家里老人尤其是合并有严重基础性疾病的家人接触,接触时要规范佩戴口罩。
中青报·中青网记者 刘昶荣 来源:中国青年报
(文图:赵筱尘 巫邓炎)