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
青岛大学:用好非遗传统文化宝藏【非遗进高校 探索美育新模式】******
“老师,我们又拿金奖啦!‘互联网+’大赛的!”
“老师,我被博物馆录取啦!千人取一个!”……
青岛大学美术学院侍锦教授经常为学生们一个个喜讯开心不已。
“这要感谢非遗传统文化宝库的赋能!”侍锦对记者说。
经过多年非遗进高校的实践,侍锦非遗团队构建了五位一体的非遗美育实践教学模式——博物馆实物教学+调研场景教学+互动体验教学+创新实践教学+项目大赛教学,美育育人的同时,在非遗推广、成果转化、服务社会等方面作出了积极探索。
教室就是博物馆
侍锦是一个资深的民间工艺品收藏家。从一个古朴的鱼盘开始,至今他已有了近万件藏品,这是他实物教学的宝库。
“这只墨盒的精巧,这匹鲁锦的纹样,只有摸到实物,才能切实感受它们的美。”侍锦对记者说,尝到了非遗实物教学的甜头,他在这条路上坚持了30多年,带领团队创出了非遗“沉浸式实物”教学模式。
2019年年底,青岛大学在浮山校区图书馆寸土寸金的四楼辟出1000多平方米,建立了教学型的民间工艺美学馆,开国内高校之先河。侍锦和团队花费30多年心血淘来的万件民间工艺品安放在此,向全校开放。
大到千工床、织布机,小到泥老虎、银首饰,气韵饱满的鱼盘、精妙绝伦的柜奁、图腾绚丽的织物,或厚重或轻灵,或热烈或朴拙,美学馆万件藏品,让穿越时空的美扑面而来……
每个学子都可以推门而入,领略先人的审美智慧、匠人精神和对美好生活的追求,触摸中华传统文化的根系脉络。
这里不仅是一个博物馆,更是学校综合素质教育和美育教育基地。
这里是青岛大学的《民间美术》《传统纹样》等专业课的教室:立体“沉浸式”的教学空间,润物无声,触手可及的非遗之美,让中国特色融入学生的血脉;
这里是全校通识课《中国传统手工艺鉴赏与实践》的课堂:扎染、活字印刷、布老虎、甲马印画……同学们在实践中深刻感受非遗魅力,提高审美认知;
这里是面向校内外的非遗传播大讲堂:剪纸、花鸟字、刺绣、印染、衍纸、焗艺、木版年画和拓印等非遗传承人被请进来做老师,让学生直面民间高手;
这里是非遗美育教学的研究中心:田野考察拍摄的图片、搜集的资料、收集的民艺实物、研究数据等构建了系统的课程体系。近年来,获批非遗相关课题立项20余项。
非遗滋养,专业课受益
近几年,团队所任教专业连续4年有学生考取清华美院研究生。“录取的学生,不仅在于绘画功底和表现技巧强,更因为他们有深厚的文化功底。”
非遗的底色,让学生就业优势凸显;陈宇被上海博物馆录取、张玉被滕州市文化馆录取、孙建鹏被青岛市市南文化馆录取……
在非遗团队老师的指导下,近几年学生们捧回200多项各类大奖。
团队成员彭卫丽副教授的研究生荆兰淇,作为《匠染织梦——齐鲁纺织非遗助力乡村振兴的践行者》项目负责人,刚刚抱回第八届“互联网+”大学生创新创业大赛省赛金奖、国赛铜奖。
“老师的悉心指导和非遗元素的优势让我们底气十足。非遗让我受益良多,下一步我会围绕非遗展开自己的毕业研究。”荆兰淇对记者说。
高校,担起非遗薪火相传的使命
“这些年,我带了50多个研究生,有30多个在学校工作,他们继续在学校传播非遗文化,成为非遗传播的‘点灯人’。”侍锦满面春风。
团队的顶梁柱彭卫丽,是侍锦2002届的研究生,在教学、科研成绩斐然的同时,指导学生拿回100多个大赛奖项。
“读研究生期间,我接触到非遗,被其无穷的魅力吸引,确立了自己教学与科研的方向。”彭卫丽对记者说,“在非遗文化的滋养下,学生们的品质、技能、创新意识都得到提升,我由衷地高兴。我要把优秀传统文化的接力棒不断地往下传。”
很多同学成为非遗发烧友,加入非遗推广的队伍;毕业的学生经常来电话通报自己发现的民间工艺宝贝……
依托博物馆,青岛大学担起了非遗美育传播的社会责任。近年来,举办非遗展览20场次,非遗讲座45场次,公益实践体验100余场次……
2020年团队受青岛市文旅局委托,全面普查市级以上207项非遗项目,开展“青岛市非物质文化遗产名录手绘图典”项目的普查、调研、书籍设计等工作。
2022年,青岛大学民间工艺美学馆获批山东省非遗研究基地,侍锦获“2020山东非遗年度人物”殊荣。
非遗,高校美育育人的宝藏
“每一件值得留存的非遗工艺品里,都蕴含着制作人的生活态度、工匠精神。所以,非遗是美育也是德育。”侍锦深有感触。
借助非遗蕴含的深厚文化内涵,引导学生民族自信、家国精神、正确的价值观,这是非遗团队“崇德尚美”的育人理念。
第一节课,同学们要介绍自己家乡的非遗元素;放假时,调研家乡非遗文化。随着课程的深入,越了解越热爱,同学们的文化自信、家国情怀慢慢地培养起来。
在西柏坡、沂蒙山等地方调研,让学生接受红色文化熏陶;田野考察采访时,民间工艺传承者的自身经历会给学生上一堂最生动的思政课……
侍锦讲授的《民间美术》早已是省级一流课程,课程蕴含的非遗思政内容,提升了课程的含金量。
美术学院2017级吴茂林同学的故事,让人看到了非遗美育育人的能量。
一入大学,吴茂林便跟随侍锦参与创办云贵印染工作室。连续保持全系双第一成绩的同时,他在百余项大赛中取得优异成绩,是一个勤奋的非遗推广志愿者。
身为“全国百名大学生就业创业人物”,他搭建了“非遗+”创新创业团队,公司开得红红火火。毕业后,他却选择去新疆做一名武警。
电话中他对记者说:“在走访调研中,沂蒙精神深深震撼了我,更加坚定了我的参军梦。未来,我将用在非遗团队领悟到的努力和严谨去实现更多的价值。”
让非遗活起来,服务社会
美学馆设立文创工作室,致力于教育研学、文创设计、助力三农,形成“教、研、产、创”一体化实践平台,为非遗的传承和创新发展、成果转化开创了新路径。
“你看,就是在馆藏的这款木质食盒的基础上,学生受到启发,为企业开发了一款点心包装盒,获得了大奖。”团队成员田鑫老师介绍说,每年学生的非遗元素毕业设计作品,很多都会受到相关厂家的青睐,直接买走。
2021年,美学馆参与组织协办青岛市首届非遗+文创设计大赛,并推出“青岛非遗礼”“青岛有礼”“英气楼糕点”“植秀堂驻颜面膜”等非遗相关文创产品,推动了地方非遗文化发展。
近几年来,非遗团队联合企业、政府等诸多社会力量,组织策划了非遗进乡村、进文旅小镇,打造非遗工作坊、乡村记忆馆、美丽乡村示范基地等十几处,在非遗促进就业增收、助力乡村振兴方面持续发挥作用。
青岛大学美院校友、企业家孙亮,积极参与非遗助力乡村振兴,他请来侍锦团队做指导,建设运营“源乡·和溪廿四节气文创村”,为村民和返乡大学生提供创新创业平台。
2022年,侍锦带领彭卫丽等团队成员所做的实践成果《教育引领、文化赋能——“非遗+”助力乡村振兴的新范式》,获得两年一届的第五届山东省文化创新奖。
山东省政府颁发的这块铜牌挂在美学馆入口,熠熠生辉。
中青报·中青网记者 邢婷 来源:中国青年报
(文图:赵筱尘 巫邓炎)