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
维谢格拉德四国经济面临新挑战******
光明日报记者 杨艺明
国际货币基金组织总裁格奥尔基耶娃日前表示,2023年半数欧盟国家将陷入经济衰退。近期此间多家媒体、经济机构、专家学者对包括波兰、捷克、匈牙利、斯洛伐克在内的维谢格拉德集团国家(以下简称“V4国家”)2023年经济形势进行展望和预测认为,受当前能源价格上涨、通货膨胀、供应链受阻等因素影响,V4国家作为欧盟中等规模经济体均面临不同程度的困局。
工业生产进一步下滑
俄乌冲突爆发已近一年,这场发生在“家门口”的战争给V4国家的经济社会带来巨大的冲击,不仅体现在政府政策调整上,也体现在百姓的日常生活中。甚至在今年相当长的一段时间内,冲突还将对V4国家的经济、能源、财税、产业等带来一系列广泛且深刻的影响。
V4国家工业、制造业基础较好,工业产品出口长期以来是其国民经济的重要支柱。以汽车行业为例,新冠疫情和随后的俄乌冲突推高了能源、零部件和原材料价格,企业融资成本明显增加,物流受阻。捷克最大的汽车制造商斯柯达公司就面临这样的问题,其销售和营销董事会成员雅恩日前表示,如果可以获得所有零部件,斯柯达2022年的汽车销量可能增加20%到30%。但因为全球整体需求下降,订单大幅减少,捷克2022年出售新车19.2万辆,同比下降了7.15%。
标准普尔机构日前表示,波兰制造业采购经理人指数(PMI)从2022年11月的43.4升至12月的45.6,捷克从11月的41.6升至12月的42.6。该指数的50点水平是增长和收缩的分界线,显示出波兰和捷克制造业状况在2022年12月仍然处于恶化状态。匈牙利采购经理人指数也处在异常区间。与世界其他地区相比,包括V4国家在内的整个欧洲都面临着工业竞争力下降的危险。
欧委会2022年11月曾表示,预计2023年捷克工业将继续受到供应链受阻和能源价格高涨的影响,整体经济将处于衰退边缘,经济增长率将放缓至0.1%。捷克财政部长斯坦杜拉也坦言,捷克已经处于“温和衰退”中。根据捷克统计局2022年12月数据,与2021年12月相比,企业和消费者对整体经济的信心均有所下降。捷克赛勒斯银行首席经济学家维特哈迪尔表示,2023年的经济衰退对捷克的打击将比其他大多数欧盟国家更严重。
斯洛伐克布拉迪斯拉发联合信贷银行首席经济学家科尔什扎克称,由于俄乌冲突、创纪录的通货膨胀以及斯洛伐克工业几个重要出口市场收紧货币政策,斯多个工业部门将被削弱,国内产业仍然低迷。有分析人士称,能源价格上涨和能源供应短缺对斯洛伐克工业造成的打击比其他几个V4国家更严重。波、捷、匈2022年工业生产至少同比实现了增长,而斯却下降了2.6%。专家预计,在2023年前几个月内,V4国家工业生产将进一步下滑。
能源多元化阵痛难免
V4国家与俄罗斯地缘相近,长期以来享受着低成本能源的实惠。俄乌冲突爆发以来,在欧盟整体减少对俄罗斯能源需求的政策背景下,高度依赖俄能源的V4国家在2023年不得不继续想办法寻找新的能源供应。
波兰长期以来对俄强硬,一直在努力减少对俄罗斯的依赖。此前,波兰每年超过50%的天然气从俄罗斯进口,但合同已于2022年年底到期。作为替代,波兰正通过波罗的海管道从挪威进口天然气,并扩建其液化天然气接收站。这也使华沙成为呼吁欧洲拒绝俄罗斯化石燃料最响亮声音之一。
虽然捷克和斯洛伐克都赞成对俄实施全面制裁,但俄气在两国天然气消耗量中的占比分别高达98%和85%,短期内切断俄能源供给并不现实。斯洛伐克金融政策研究所表示,V4国家中,斯洛伐克经济遭受能源危机的打击最为严重。捷克贸易和工业部长西克拉日前表示,捷克目前不受欧盟对俄石油进口禁运的限制,但在2024年要解决依赖俄化石燃料的问题。两国正寻求通过购买德国或波兰的液化天然气、开发核能等措施提升能源供给多元化。斯洛伐克虽然在风能、太阳能、地热能等可再生能源方面有巨大潜力,但开发进展非常缓慢。当地社区民众抵制风力发电项目,行政机构效率低下,导致风电行业的环境影响评估需要数年才能完成。目前,斯洛伐克生产的可再生能源占其能源总产量的23%,波兰为16%,捷克为15%,均低于欧盟37%的平均值。因此,这些国家在短期内完全摆脱对俄化石能源的依赖并不现实。
匈牙利的能源政策更显务实。匈牙利约85%的天然气来自俄罗斯,匈总理欧尔班表示,90%的匈牙利家庭都使用天然气取暖,不愿完全停止购买俄罗斯天然气。同时,考虑到如果俄罗斯进一步削减对欧洲的能源供应,可能会给匈牙利带来风险,匈政府正以开放的态度寻求多元化能源供给方案。近日,匈牙利与斯洛文尼亚讨论建设一条连接两国的天然气管道。总体上,V4国家能源转型的阵痛在一定程度上给其经济发展带来不确定性,影响市场预期。
乌难民涌入带来利与弊
从地理位置上看,V4国家靠近俄乌冲突前线,斯、波、匈更是直接与乌接壤,四国因此成为接受乌克兰难民最多的地区。其中,波兰接收难民总数最多,捷克人均接受难民数量最多。根据波兰边防卫队的每日报告,截至今年1月4日,已有近810万乌克兰人越境进入波兰。虽然目前近620万人已经回乌,剩下的190万人中也有部分转入欧盟其他国家,但预计未来仍会有超过100万难民把波兰作为永久家园。
难民的大量涌入对V4国家的经济社会产生了深远影响。波兰政府估算,截至2022年年底已花费180亿波兰兹罗提(约合38.3亿欧元)帮助乌克兰难民,包括福利、儿童教育、医疗保健等支出,而普通民众花费了更多的金钱和精力帮助难民,向其提供长租公寓或房间等。
同时,难民涌入也给四国经济增长带来新动力。一方面,增加了劳动力。乌克兰人受教育水平较高,对V4国家有文化认同。波兰罗兹大学研究表明,多达一半的乌克兰难民接受过高等教育。乌克兰难民也从仅仅寻求避难逐渐转向在当地谋生,缓解了当地的低出生率和人口老龄化问题。有报告称,截至2022年年底,难民流入可能使欧盟的劳动力增加0.5%,是2015—2016年难民潮的两倍。截至2022年9月底,乌克兰人已在波兰开办了近1万家大小企业,涉及软件服务、建筑和装修、理发和美容等,为当地贡献税收,难民的投资置业等也带动了当地的银行信贷。
另一方面,提振了食品、服装和其他生活必需品的生产和销售。波兰统计局数据显示,波兰纺织品、服装和鞋类的销售额在2022年3月同比增长41.9%,4月同比增长121.4%。显然,难民将继续带动当地这类消费品以及药品、化妆品的销售。
不过,大量难民的涌入挤压了当地的社会空间,占据了社会资源,带来了新的问题。据报道,不少波兰民众表示,难民甚至比当地人享有更好的医疗、社保等福利待遇。如何帮助难民更好融入当地经济社会生活,成为2023年摆在V4国家面前的重要问题。
(光明日报布拉格1月11日电)
《光明日报》( 2023年01月12日 12版)
(文图:赵筱尘 巫邓炎)