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
既要好上学,也要上好学(解码·教育均衡发展)******
海南2022年新增基础教育学位5.1万余个
既要好上学,也要上好学(解码·教育均衡发展)
本报记者 赵 鹏 曹文轩
核心阅读
县城中学生源回流、薄弱校弯道超车、特色课程丰富多彩……这是海南推进教育改革、促进义务教育均衡发展带来的变化。党的二十大报告提出,加快义务教育优质均衡发展和城乡一体化,优化区域教育资源配置。近年来,海南通过加强基础建设、实施集团化办学等创新改革,实现义务教育提质增效,2022年新增基础教育学位5.1万余个。
走进海南省陵水黎族自治县的中央民族大学附属中学陵水分校,青春气息扑面而来:课间,孩子们从身边经过,主动停下来打招呼;放学后,学生自发的兴趣表演多姿多彩……
随着民大附中的进入并带动当地教育质量提升,自2018年以来陵水全县“回流”学生超过7000人。民大附中陵水分校的改变,是海南推进落实“既要好上学,也要上好学”、促进义务教育均衡发展的缩影。据统计,2022年,海南全省新增基础教育学位5.1万余个。
增配套、补短板,增加学位供给
2022年9月4日,海口市滨海九小新埠分校开学。作为新投入使用的一所公立学校,教学楼、行政楼、综合楼、宿舍楼一应俱全,全校共设24个班,可提供超过1000个学位。据统计,仅2022年秋季学期,海口就新增4所公办学校和1所民办高级中学。包括扩建在内,海口市年度净增义务教育公办学位超过8000个。
2020年,海南全面启动自贸港建设。在海口、三亚等人口相对集中的老城区和人口不断涌入的新开发区、重点园区,本身空间资源紧张,而教育需求持续增加,“上学难”问题凸显。如何才能化解?自2017年起,海口启动了“一校两园”“增加学位改扩建”等增配套、补短板的基础设施建设项目。
5年来,海口重点在秀英区的西海岸片区、市三十三小周边、海南职工秀英子弟学校周边等学位需求最为迫切的地区,按照“1拆1建大于1”原则,一手抓升级、一手抓整合,不断增加学位有效供给。据统计,过去5年,海口共新增义务教育公办学位4.9万个。
引优质、带薄弱,开展集团化办学
2022年9月13日,海南中学白沙学校揭牌,这也是海南跨区域集团化办学工作的又一标志性成果。位于白沙黎族自治县的白沙中学,曾是全省有名的薄弱校,海南中学则是全省闻名的重点校。此次将白沙中学以委托方式交给海南中学展开教学管理,后者将选派优秀教师与白沙中学的教师团队深度融合,并最终形成一体化办学。
以往,由于地区发展不平衡,海南很多县市基层学校始终困于自身条件而难以发展成长,从而导致教育水平失衡。曾为贫困县的陵水,也面临这样的困窘。改变发生在2013年9月。按照省级示范学校标准建设、以“协议管理、整体委托、自主办学”为模式的民大附中陵水分校正式引入和建成。3年后,该校一、二本上线率达到84%。
以改革创新为驱动,陵水在全省率先推行“县管校聘”制度,对在编教师与临聘教师实行“同工同酬”聘用制;深入推进集团化办学思路,全县包括幼儿园在内的各学段,广泛推行“核心校+薄弱校(农村校、新建校)”的模式。“由此累计筹措教育投入超过10亿元,全县新增校舍面积17.6万平方米,新增和改造体育运动场馆面积34.3万平方米。”陵水县委常委、副县长莫泉平说。
2022年6月,海南出台《关于全面推进基础教育集团化办学创建“新优质学校”的工作方案》。根据方案,力争到2025年全省50%的公办中小学纳入集团化管理。自2022年起,海南省教育厅将分批次统筹教育部部属高校附中、省属中学和海口市优质教育资源,跨区域到市县开展集团化办学。其中,首批教育部部属高校附中合作办学项目3个、省内跨区域合作办学项目14个。
稳“双减”、强特色,夯实素质教育
在三亚市水蛟小学,上午9点,300多名学生会准时在操场上共跳椰壳舞。椰壳伴随配乐敲击,发出清脆悦耳的声响,浓郁的海岛风情在校园洋溢;在海口市滨海第九小学的人工智能教室里,孩子们通过编程让“火星车”实现不同功能;在人大附中海口实验学校,72名在岗教师根据专业特长开设63门选修课、58个作业班和综合实践活动课;在儋州市白马井镇藤根小学,学校充分发挥特色优势,开展田园德育、乡土文化主题等课后活动……眼下,这些课后服务活动正成为海南实施“双减”后推行“阳光快乐”教育的一大特色。
好上学、上好学,更要让孩子们爱上学。“双减”政策落地以来,海南省义务教育学段制定作业管理办法学校比例、实行作业公示制度学校比例、开展课后服务学校比例和课后服务时间达标学校比例全部达到100%。课后服务经费保障机制也全面建立,惠及学生74.8万名,各级各类城乡学校“校校有特色、生生有特长、人人有发展”的场景正在形成。
据统计,近年来海南建成学校游泳池320个,实现乡镇学校游泳池全覆盖,四年级以上中小学生总体上实现“应学尽学、应会尽会”;建成美育示范学校40所、全国中小学中华优秀传统文化传承学校85所,扶持琼剧传承特色学校13所;探索打造出田园耕作式、科技推普式、文化传承式和创意生产式等劳动教育特色模式,全省“田园课程”实验学校230多所,涉及7万多名学生。
通过推进集团化办学理念,海南引入大量基础教育优质资源,成立人大附中三亚学校、北京师范大学海口附属学校、清华附中文昌学校等。据统计,直至2022年底,海南累计引进各类优质学校83所,实现市县全覆盖,提供超过16万个优质学位,引领带动区域义务教育质量快速提升。
(文图:赵筱尘 巫邓炎)