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
流进心底的斑斓水色******
早市 黄志刚
那年·时代记忆 李国梁
母与子 冯晓东
毕棚沟风景 陆庆龙
停泊 姚芳华
写生(水彩画) 邓涵
塔吉克老人(水彩画) 李晓林
【学人谈】
近年来,中国水彩画的发展可以用“迅猛”一词来形容:艺术院校的水彩画教学由相关课程的设置逐步转变为水彩画系的建立;国内大大小小的水彩画创作团体陆续组织成立;国内外的水彩画展览和写生创作交流活动频繁举办;大量水彩画相关赏析、普及文章由各类媒体不断推送……中国水彩画发展在短短几年里变得热闹非凡,呈现出一派欣欣向荣的景象。
在众多画种里,水彩画是极为活跃且十分适宜在各类公共文化场所展示、推广的一个画种。究其缘由,是因为水彩画有着良好的群众基础,除了其鲜艳明丽的色彩、雅致清新的风格十分贴近大众审美外,创作材料稀松平常,绘画方式简便易行,也使得人们更易掌握。此外,水彩画在进入中国的数百年来,大都以小幅风景、静物的形式出现,种种缘由,使得水彩画成为大众喜闻乐见的艺术形式。
作为“舶来品”,水彩画的发展历程与西方美术史有着很大部分的重叠。尽管水彩画历史悠久,但油画、雕塑、壁画等在不同时期各领风骚,成为艺术创作的主流,而19世纪之前的水彩画大多是描述性绘画,更多是作为补充,常见于风景、静物等主题的小幅创作中。直至19世纪末,纷繁的艺术形式与风格不断涌现,对绘画个性的强调被推向了极致,这也为水彩画带来了新的生机。因为它的鲜活、灵动,甚至种种不可控因素都可成为它的亮点,艺术家们从水彩画的创作中获得了前所未有的体验。
我们常将水彩画比喻为轻音乐,这是基于其调性而言。在水彩画漫长的发展历程中,如丢勒、透纳、康斯特布尔、塞尚、罗丹、萨金特等西方绘画大师,以及中国老一辈艺术大家,如李铁夫、关广志、李剑晨、吴大羽、庞薰琹、吴冠中、古元等,正因他们的辛勤耕耘与不懈探索,大大拓展了水彩这一画种的深度与广度,也提高了这一媒介的知名度。当代中国水彩画的创作发展,除了对于媒介材料本身的关注,还应注重提升创作者自身的艺术水准,包括艺术家的胸怀、眼界和知识结构的完善度,以及对美术史的认知,这些因素直接决定了创作者使用水彩这一媒介的角度、方式和作品语言的丰富性。这一点,在近年来的中国水彩画创作中体现得尤为明显。
近日,以“水彩让城市更精彩”为主题的首届中国当代水彩邀请展暨水彩学术论坛在青岛举办。此次展览参与者众多、影响力甚广,通过来自全国各地优秀水彩画家创作的500余件作品,我们可以管窥当代中国水彩画创作,一探其多元的发展面貌。许多优秀作品从题材、形式、观念等多方面展现出水彩画的多样可能,让人眼前一亮。栾泓伟的《岁月如烟》、白固的《秋日》、胡巧玲的《食语》等作品注重个性化的语言表达,通过对景物的描摹传达出细腻的个人情绪;纪钦达的《培训班》、林波的《安全出行》、井旭的《悠悠的世界》等作品从不同角度展现出人与时代密不可分的关系,以崭新的视角探索具象绘画的表达维度;刘云生的《雪域老妇》、冯晓东的《母与子》聚焦人物主题,艺术家力求运用传统的表现方式,通过深入刻画塑造不同生存状态下的人物性格。此外,还有许多艺术家试图在创作中展现水彩语言的实验性与观念性,于具象与抽象的转换中,探索画面形式的疏密变化与简繁对比,以及色彩在水性张力下的变化极限。其中,邓涵的《写生》、姚芳华的《停泊系列》、王绍波的《岛城》、赵云龙的《无风的夏日》等作品让人耳目一新。
纵览参展作品,我们也可以发现,近年来的一些水彩画创作倾向于在纸面上玩味形式语言的变化,内容上则趋于超脱现实的表达,追求视觉上的快感。同时,全国不同地区水彩画发展的不均衡、创作者水平参差不齐,同样是我们需要面对的问题。在锤炼创作技艺的同时,艺术家还需要具备紧扣时代脉搏、与人民同呼吸共命运的情怀,需要秉持现实主义的创作态度。与此同时,中国水彩画的发展还需加强艺术批评和艺术理论研究,为实践提出更高的要求,理论与实践同频共振,方能使作品生发出创新的力量。
我想,水彩画也许就是万花丛中那一朵淡雅的小花,它就应该以自己轻快、明媚、透亮、飘逸的姿态展现于世人面前,去传达人的情感与思绪。当然,这并不意味着它就不可以有所突破,有人尝试以超大尺幅展现其魅力,有人将宏大题材搬上水彩画纸,有人借助新材料、新技法探寻艺术语言的新表现……这些都是当代中国水彩画以求突破的一种实验,我们应该鼓励这种实验。尊重传统,继承传统,但不拘泥于传统,不停留在过往,方可行稳致远。
(作者:李晓林,系中央美术学院教授、中国美术家协会水彩画艺术委员会副主任)
(文图:赵筱尘 巫邓炎)