军事科学院徐馥芳:要有勇闯科技“无人区”的胆识******
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
洪学智率“抗大”师生进行“敌后小长征”******
作者:胡遵远(安徽省金寨县干部学院)
1940年11月,洪学智奉命率“抗大”总校华中派遣大队奔赴苏北抗日前线。一路上,洪学智和战友们冲破敌人重重封锁,跨越晋、冀、鲁、豫、皖、苏6省,最终于1941年4月胜利到达江苏盐城新四军军部,全队无一减员。洪学智领导的此次行军,受到新四军刘少奇政委、陈毅代军长的高度赞扬,被华中抗日军民亲切地称为“敌后小长征”。
出任“抗大”四团团长
1936年5月,为迎接即将到来的抗日战争,中共中央决定以中国工农红军学校为基础,创办中国人民抗日红军大学。1936年6月1日,西北抗日红军大学(简称“红大”)举行开学典礼。1937年1月20日,“红大”随中共中央机关迁至延安,改称为中国人民抗日军事政治大学,简称“抗大”。
1939年7月,“抗大”总校、陕北公学等5000人在副校长罗瑞卿带领下迁往晋东南抗日根据地(太行根据地)。为了便于行动,“抗大”总校原大队、支队、学员队,依次改称为团、营、连。洪学智当时是三大队副大队长(大队长是刘忠)。“抗大”总校从延安出发时,刘忠被调往冀东,洪学智所在的三团(即三大队)改为四团,由罗华生当团长、洪学智当副团长。
7月9日,四团奉命从蟠龙出发,经延川、清涧、绥德、米脂,到了佳县,在那里渡过了黄河。过黄河后,四团山西兴县罗峪口,进入阎锡山部队的控制区。洪学智率队一面警戒,一面迅速前行,用两天时间到达白文镇,然后继续东进,在八路军三五八旅部队的护送下翻越了吕梁山、渡过汾河,来到太原以北的阳曲地界,前面就是同蒲铁路。日伪为防止八路军往来,沿铁路线建立了一条严密的封锁线。通过封锁线前,护送部队将敌人的兵力配置和活动规律“摸得一清二楚”,洪学智根据情报和战友们进行了周密的准备。在八路军交通站的接应下,部队分两批安全地穿越了敌人的封锁线。
接受任务,率部前往华中
“抗大”总校到达晋东南后,罗华生调到二团,刘忠负责三团,洪学智任四团团长。洪学智在校期间,克服重重困难,坚持理论联系实际,带领同学一面学习一面斗争。百团大战期间,日军对晋东南发动多次大“扫荡”。抗大三团在冀中坚持办学很困难,于是又返回了总校。
不久,洪学智接到上级命令:为加强“抗大”各分校工作,“抗大”总校决定把三团干部分成两部分,一部分编为山东干部大队,由聂风智任大队长,前往山东抗日根据地加强一分校工作;另一部分编为华中干部大队,张兴发任大队长,由洪学智率领前往苏北,和当地的新四军会合,共同创办“抗大”五分校。两个大队的沿途行动,均由洪学智统一指挥。
依靠群众,顺利穿越封锁线
11月9日,洪学智带着三团(包括华中和山东两个干部大队),从浆水镇出发,准备过平汉铁路向鲁西北前进。此时,日伪军队正通过平汉线南下运兵,沿途防卫森严。洪学智率部一路南下行军,需要越过的第一条封锁线就是平汉路。他根据掌握的敌情,决定把越过地点选在邢台以南的沙河镇,并联络当地游击队派人护送。
洪学智率部连续行军140里,于夜间秘密来到铁路附近。在这里,洪学智发现了许多意想不到的新情况:日军为了割断太行根据地与冀南抗日根据地的联系,沿着铁路新挖了一条宽约3到4米、深约4米的封锁沟,在铁路沿线增修了碉堡、设置了哨卡,并派装甲车和巡逻队日夜巡逻。
为了安全穿过封锁线,洪学智命令部队在树丛里隐蔽,自己率警卫员在附近进行侦察。走了很久,他发现附近一个村庄有一户人家亮着灯,就悄悄派警卫员过去了解情况。警卫员找来一位老乡,洪学智首先表明自己是专门打鬼子、汉奸的八路军,打消了老乡的顾虑,又向老乡询问附近敌人的情况。据老乡介绍,近来敌人为保证运兵安全,不仅增加了沿线守卫,还对铁路沿线进行“扫荡”;敌人的装甲车大约25分钟经过一次;封锁沟有的地方较浅,在沟内只需搭起一人高的人梯就能穿过。洪学智考虑到有十几匹牲口驮着行李和教学用的书籍,无法通过,又问老乡有没有地方可以直接通过铁路。老乡说离此一公里的地方有一个桥洞,尚无敌人看守,可以过牲口。
洪学智立即命令部队利用敌人装甲车巡逻的间隙,进入封锁沟坡下隐蔽,又根据老乡提供的线索,派出侦察员沿封锁沟寻找桥洞。不久,几名侦察员回来报告说:发现了桥洞!洪学智立即对部队进行了部署。在他的率领下,部队很快来到封锁沟较浅地方,按次序跳进深沟,解下绑腿,上拉下推,架起人梯,很快穿过了封锁沟;与此同时,洪学智派出的部分精干战士牵着牲口依次从桥洞穿过,其间遇到敌人装甲车巡逻就立即隐蔽。经过3个小时的奋战,洪学智和部队全部顺利地通过封锁线。
机智解决渡河难题
安全越过平汉线后,洪学智率领部队一路前行,在当地游击队的护送下,安全穿越70多里的伪化区。部队经过短暂休息,继续向鲁西北行进。不久,洪学智率部从冀南进入山东,来到馆陶县,准备从这里渡过卫河。
卫河水面宽约五六十米,水深岸陡,沿河还设有敌人据点。紧靠对岸,有一条公路与河岸平行。卫河是日军割断冀南、鲁西两个根据地的又一道封锁线。由于此前敌人多次和我渡河部队发生战斗,在洪学智率部到来前,敌人已经把沿岸渡口都挖毁了。为防止八路军渡河,敌人还特别增加了汽艇昼夜巡逻。洪学智从游击队的同志处了解到情况后,命令部队在离卫河不远的一个村庄里隐蔽,自己和侦察员经过几个夜晚的紧张侦察、研究,终于选定了渡河地点。
渡河前,洪学智准确摸清了敌人汽艇巡逻的时间间隔,又从沿岸党组织处借了几条小船,计算了每条船的承载人数。
渡河当夜,洪学智率领部队于晚上六七点钟就赶到登船地点,不久,得到消息:群众仅能提供一个小划子和几只能坐四五个人的大木盆。而且船只凌晨12点钟到1点钟之间才能到达,因船只太小,只能渡人,不能渡牲口。这可把大家急坏了!洪学智临危不乱,认为卫河地处华中和山东抗日根据地的秘密交通线上,两岸干部群众往来频繁,于是一面命令部队隐蔽,一面找来当地党组织负责同志,询问近期是否有其他同志渡河。据当地同志介绍,几个小时后,中共山东分局有一批干部要从对岸某处过卫河。洪学智闻讯大喜,立即率领部队急行军,赶到了山东分局干部渡河地点。经过几个小时的等待,终于从对岸盼来了4条小船。山东到延安的干部渡河上岸后,洪学智立即命部队借船渡河。
由于船小,还是不能渡牲口。洪学智灵机一动,向山东分局干部队询问牲口的情况,对方回答说:船太小,他们只好将牲口交给了对岸护送的同志。洪学智立即和对方达成协议——牲口互换。就这样,洪学智率部顺利渡过了卫河。
到达鲁西北抗日根据地后,山东干部大队前往沂蒙山区,洪学智继续率领华中干部大队前进。在洪学智的带领下,华中干部大队穿越津浦线,最终于1941年4月顺利到达江苏盐城新四军军部,全队270人无一人减员。洪学智和华中干部大队受到新四军和苏北群众的热烈欢迎,称他们“创造了‘敌后小长征’的奇迹”。