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
【中国这十年·焦点面对面】共筑全球新“气候”,中国从未缺席******
中新社北京10月14日电 题:共筑全球新“气候”,中国从未缺席
——专访国家气候变化专家委员会副主任、中国科学院科技战略咨询研究院研究员王毅
中新社记者 李金磊 彭大伟
“要么一同采取行动,要么一起自杀。”今年夏季,面对极端天气频发,联合国秘书长古特雷斯发出警告。
洪水、干旱、极端风暴和野火,异常的气候变化让人类面临严峻考验,全球气候治理面临巨大的威胁和挑战。
资料图:拉马乡鲁南山风电场。李益民 摄“人类燃烧化石能源排放的温室气体产生温室效应,导致全球温度上升,升温又带来了地球表面各个圈层的一些变化,比如冰川融化、海平面上升、极端天气气候事件发生的频率和强度增加并产生相关的粮食生产、能源安全等风险。”国家气候变化专家委员会副主任、中国科学院科技战略咨询研究院研究员王毅日前在接受中新社“中国焦点面对面”专访时说。
“我们必须要加速采取行动来拯救人类自身。”王毅表示,从《联合国气候变化框架公约》到《京都议定书》,再到《巴黎协定》以及去年通过的《格拉斯哥气候协议》,人类必须要采取统一的行动来共同应对气候变化,减少温室气体排放。
在应对气候变化、推动全球气候治理过程中,中国根据自身的能力不断更新、提升目标,从“十一五”时期提出节能减排约束性指标,到“十二五”时期提出“国家自主贡献”,再到2020年提出“双碳”(碳达峰与碳中和)承诺,有力推动了全球应对气候变化的进程。
十年来,中国“逐绿而行”,坚定不移走生态优先、绿色低碳发展道路,取得显著成效,一个“只此青绿”的中国展现在世界面前。
这十年,中国稳步推进能源结构调整,风电、光伏装机量、发电量均居世界第一,新能源汽车产销量居全球之首。
中国严格控制二氧化碳排放,2020年单位国内生产总值二氧化碳排放比2005年降低48.4%,同时建立了全国碳市场机制,成为全球覆盖温室气体排放量最大的碳市场。
同时,中国不断提高生态系统碳汇能力,是世界森林密度增长最多和人工造林面积最大的国家,全国增绿面积占全球四分之一。
“过去十年,中国以年均3%的能源消费增速支撑了年均6.6%的经济增长率,发展中国家的经济增长与能源增长并未脱钩,但是中国以更少的能源支撑了经济增长。”王毅表示,一方面控制化石能源的消费,另一方面转变能源结构,中国在一些重要的产业特别是可再生能源设备、动力电池制造等领域具有明显优势,在全球碳减排上发挥了重要作用。
当前,全球气候治理正受到全球疫情、经济低迷、能源和粮食危机、地缘竞争,以及一些国家气候政策“回摆”等多重挑战。
王毅认为,发达国家应加速自己的行动,同时也要资助发展中国家并为其留出更大的发展空间,而不是“忽悠”发展中国家作出不切实际的减排承诺。在复苏和应对过程中,要找到一条推进高质量公正转型的路线,以更加节能和可持续的非化石能源的增长来减少二氧化碳排放,同时提高适应能力,来弥补在减缓、适应、技术、资金、领导力等方面的赤字,共同推进全球应对气候变化。(完)
国家气候变化专家委员会副主任、中国科学院科技战略咨询研究院研究员王毅(右)日前在北京接受中新社“中国焦点面对面”专访。中新社记者 蒋启明 摄访谈实录摘编如下:
中新社记者:世界气象组织近期发布《团结在科学之中》报告。报告警告称:人类正朝着错误的方向前进。如果不采取更加雄心勃勃的行动,气候变化的自然和社会经济影响将越来越具破坏性。为什么全球极端天气频发?人类应对气候变化面临着哪些挑战?
王毅:世界气象组织的报告揭示了人类的行动跟目标之间相距甚远,特别是要实现升温在1.5℃之内,现在的行动是远远不够的,甚至说要增加七倍的努力,这是一个巨大的差距。
气候变化首先是一个科学问题,人类燃烧化石能源排放温室气体所产生的温室效应,导致全球温度上升,升温又带来了地球表面各个圈层的一些变化,比如冰川融化、海平面上升、极端天气气候事件发生的频率和强度增加,并产生相关的粮食生产、能源安全等风险,严重影响人类的生存与发展,所以我们必须要加速采取行动来拯救人类自身。
从《联合国气候变化框架公约》到《京都议定书》,再到《巴黎协定》以及去年通过的《格拉斯哥气候协议》,人类必须要采取统一的行动来共同应对气候变化,以减少燃烧化石能源造成的温室气体排放。
应对气候变化主要有两方面工作,一方面是减缓,就是要减少化石能源的消耗或者依赖,同时要增加生态系统碳汇,开发和利用碳捕获与封存(CCS)技术。另外一方面是适应,地球的地表温度还在上升,我们要适应这种变化,同样也要采取更多行动来做这项工作。
江苏常州“渔光互补”光伏发电,实现经济效益和生态效益双丰收。泱波 摄中新社记者:中国为推动全球气候治理做出了哪些贡献?
王毅:在国际层面,中国推动气候多边进程,并促进一系列国际气候规则的达成。在国内层面,中国在“十一五”时期提出节能减排约束性指标,“十二五”时期提出中国的“国家自主贡献”,2020年提出“双碳”承诺,都有力推动了全球应对气候变化的进程。中国根据自身的能力,不断在更新、提升目标,一步一步往前推进,做出积极而具有引领性的贡献。
中国现在已经是最大的发展中国家,也是世界第二大经济体,一方面需要与各国合作采取行动,同时也在帮助其他发展中国家应对气候变化以及实现可持续发展目标。
过去十年,中国以年均3%的能源消费增速支撑了年均6.6%的经济增长率,实际上发展中国家的经济增长与能源增长并没有脱钩,但是中国以更少的能源消耗来支撑经济增长。
同时,可再生能源发展非常迅速,我国可再生能源发电累计装机已经接近11亿千瓦,已占全部电力装机的44.8%,2021年可再生能源发电量将近2.5万亿千瓦时,相当于总发电量的约30%。一方面控制化石能源的消费,另一方面转变能源结构,更多去依靠可再生能源和新能源,减少由于能源的增长所带来的温室气体排放。中国在一些重要的产业上特别是可再生能源设备、动力电池制造等领域具有明显优势,在全球碳减排中发挥了重要作用。
国家气候变化专家委员会副主任、中国科学院科技战略咨询研究院研究员王毅日前在北京接受中新社“中国焦点面对面”专访。中新社记者 蒋启明 摄中新社记者:中国驻欧盟使团临时代办王红坚近日表示,绿色合作不可能在真空中推进,不可能一面搞地缘对抗,一面要求别人无条件合作。该如何破解这种困境?
王毅:应对气候变化是一个系统工程,涉及到整个经济社会系统性变革。在地缘政治竞争加剧下,零和博弈的做法是不可取的,应对气候变化合作仍然是基础。
发达国家首先要提高自己的力度,也要资助发展中国家并为其留出更大的发展空间,而不是“忽悠”发展中国家(作出不切实际的减排承诺)。各国要以更加节能和可持续的非化石能源的增长来减少二氧化碳排放,同时提高适应能力,弥补在减缓、适应、技术、资金、领导力等方面的赤字,共同推进全球应对气候变化,把安全、气候保护、经济复苏和增长统筹起来,这很重要。
乌克兰危机、新冠疫情以及通货膨胀等很多非气候因素跟气候问题交织在一起,怎么更好去统筹处理这些问题,也需要我们做更多的研究,采取更加务实的行动。
同时,竞争也是不可避免的,特别是在技术领域,要通过竞争来促进创新,通过竞争来降低成本,但合作是主流,所以应该把握合作的各种机会,同时也要为竞争做好准备。
中新社记者:气候变化是超越国家、超越意识形态的全球性挑战,但是近年来,个别国家在国际合作中表现出气候单边主义倾向,对国际气候条约合则用、不合则弃,给全球气候治理合作带来严重阻碍。该如何克服气候单边主义倾向,促进开展务实的合作和行动?
王毅:气候单边主义有两种倾向,一是不合作,不承认气候变化的事实,就像美国特朗普政府退出了《巴黎协定》,采取了不合作的态度,影响了全球合作和应对气候变化多边进程。
二是不尊重现在的多边规则。很多发达国家只是单纯要其他国家提高目标,要更有雄心,更有力度,但是忽视了这些国家的转型路径和替代方案。
中国同意不断减少化石能源消费、更多利用可再生能源,但是需要一个公正、安全、平稳的转型。这一年来,欧洲经历了乌克兰危机,也经历了能源紧张,说明我们仍然需要一个更科学合理的路径、更明确的替代方案来实现目标。
我们要防止单边主义,走多边主义的基本路径,需要加强交流和沟通,必须要促进双边、多边的交流合作来增信释疑。
中国一定要坚定方向,保持力度和节奏,同时要通过国际传播来讲好中国故事,跟其他国家分享“双碳”的实践、经验、技术,帮助其他发展中国家实现绿色低碳转型和可持续发展。
白鹤滩水电站。东方电气供图中新社记者:“共同但有区别的责任”原则是维护全球气候治理公平正义的基石。但是当前一些发达国家却通过建立“碳边境调节机制(CBAM,俗称碳关税)”等方式向发展中国家转移排放责任、转嫁减排成本,试图无形中消解这一基石。如何看待这种现象?
王毅:对此要有全面的认识,欧盟拟单边采取的“碳边境调节机制”不符合“共同但有区别的责任”原则,同时是否破坏现有的一些多边规则也需要关注。例如,欧盟国家声称CBAM没有破坏WTO规则,但是WTO关注的是自由贸易和投资便利化,相关环境条款的规定不清晰,对有关环境产品的认定一直没有实质进展,也未达成环境产品减税的协议,导致一些国家借此设立各种“绿色贸易壁垒”。所以,欧盟国家的做法存疑。
在乌克兰危机和通货膨胀背景下,能源价格高涨,“碳边境调节机制”的很多政策环境也发生了很大变化,需要我们综合研判和应对,但最核心的就是加速转型。
中国在可再生能源设备制造、动力电池及电动汽车方面有很多优势,只要坚持方向,实现系统性的变革,把整个产业结构、能源结构、生产生活方式、贸易方式向绿色低碳转变,比别人转得更快,就有望化解相关的政策挑战。
中新社记者:《联合国气候变化框架公约》第27次缔约方大会(COP27)即将在埃及举行。当前全球气候治理正受到全球疫情、经济低迷、能源和粮食危机,以及一些国家气候政策“回摆”等多重挑战,中方如何保持定力,推动气候多边进程持续取得进展?
王毅:中国气候变化事务特使解振华多次表示,COP27首先应该是一个落实和行动的大会。
要把《巴黎协定》《格拉斯哥气候协议》的各项规定落实下来,但现在有一些重要的缺口,比如说适应问题、资金问题,发达国家提出的到2020年到达1000亿美元资金的支持仍未落实。
雄心目标同务实行动必须要保持平衡。在乌克兰危机、通货膨胀影响能源和粮食安全的形势下,一些国家气候政策短期“回摆”可以理解,但在恢复的过程中必须要考虑构建未来净零排放或碳中和的新格局。
各国一方面要更好去应对现有的一些短期问题,同时在复苏和应对挑战过程中找到一条公正转型的路径。大家要一起努力,才可能弥补差距并且减少可能出现的风险和危机。各国一起把步子走稳走实走好了,才能共同迈向低碳可持续的未来。
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