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
打造宜居韧性智慧城市******
广东广州努力提升规划建设精细化、品质化水平
打造宜居韧性智慧城市
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党的二十大报告提出:“坚持人民城市人民建、人民城市为人民,提高城市规划、建设、治理水平,加快转变超大特大城市发展方式,实施城市更新行动,加强城市基础设施建设,打造宜居、韧性、智慧城市。”
在广东省,广州市地处珠三角中部,九脉汇聚、三江汇流,以优越的地理位置吸引了人才的聚集、产业的发展。如今,作为粤港澳大湾区核心引擎城市之一,这座国家历史文化名城如何切实提高规划水平,塑造高品质的生产、生活、生态空间,备受关注。
党的二十大报告提出:“坚持人民城市人民建、人民城市为人民,提高城市规划、建设、治理水平,加快转变超大特大城市发展方式,实施城市更新行动,加强城市基础设施建设,打造宜居、韧性、智慧城市。”地处珠三角中部,九脉汇聚、三江汇流,广东省广州市以优越的地理位置吸引了人才的聚集、产业的发展,如今又成为粤港澳大湾区核心引擎城市。如何充分发挥规划的引导作用,塑造高品质的生产、生活、生态空间,成为广州在近年发展中的关注重点。
作为国内首批实施规委会制度的城市、自然资源部国土空间规划试点,广州市率先编制形成市级国土空间总体规划,充分体现“一美三高”,即美丽国土空间、高质量发展、高品质生活、高水平治理的新要求。从人的感受出发,创造高品质的丰富空间;从历史文脉出发,保护传承地区文化传统。科学的规划,多元的公众参与机制,不断提升着城市规划建设的精细化、品质化水平,助推这座国家历史文化名城高质量发展。
办实事惠民生
提升宜居品质
隔珠江与“小蛮腰”相望,一座两层高的白色建筑挺立猎德桥头,整个建筑白天温润如玉,夜晚则熠熠生辉。
“每天晚上散步经过,感觉这个建筑很美观,完全没想到竟是一座变电站。”街坊何先生经公众开放日参观之后,对变电站的印象大为改观,“以前担心变电站辐射会有影响,现在看到数据,放心了。”
抓住市民最关心的问题,将“邻避”设施转变为“邻利”设施,广州市规划和自然资源局会同供电部门费了不少心思。“这是广州首批‘社区事·大师做’项目之一,邀请了全国工程勘察设计大师、广东省建筑设计研究院副院长陈雄主笔设计。”广州市规划和自然资源局工作人员介绍,设计师使建筑与绿化景观融为一体,同时兼有变电站科普中心功能,超越了传统变电站的概念。
“开放性、公共性是我们设计中非常强调的一个方面。营造出一种万家灯火的感觉,让变电站从单一的市政设施变成市民喜爱的公共建筑。”设计师陈雄认为,好的公共场所最重要的功能是能让人停留并感到舒适,“小项目往往容易被忽视,但是对于城市的品质提升常常起到关键作用。”
随着人民生活水平的提升,公众对美育、公共艺术、环境整体品质的需求越来越强烈,社区是居民生活的主要空间,社区设计是否合理、功能是否完备、环境是否优越,直接影响生活品质。
2019年以来,广州深入探索社区设计师工作,大力推行“社区事·专职做”“社区事·大师做”“社区事·街坊做”等行动,努力以“设计的力量”精心绣出宜业宜居的品质之城,不断满足人民对美好生活的向往。全市征集专业领域精英人才,形成专家名录,各区在此基础上,结合实际情况聘请设计师。
越秀区总规划师全过程协调海珠广场品质提升工程,实现交通环岛式广场向步行礼仪式公共空间的嬗变;荔湾区社区设计师工作组推动沙面岛实现步行街区,增添亲民“口袋广场”,改善居民背街里巷生活体验……让设计融入城市,推动广州实现老城市新变化,持续提升居民生活品质。
据统计,目前全市已聘请344名社区设计师和163名乡村规划师入驻各街道城乡社区。广州社区设计师工作入选了自然资源部地方典型实践经验案例,多方参与机制,把事情办实、办好,让“烦心事”变“舒心事”,不断实现“发展为了人民、发展依靠人民、发展成果由人民共享”。
强规划促产业
推动经济发展
互联网产业迭代升级,广州发力数字经济。毗邻珠江的海珠区琶洲岛,阿里巴巴、腾讯、唯品会等一大批互联网企业进驻于此,千亿级的琶洲互联网创新集聚区正在形成。
一幢幢大楼拔地而起,各具特色却又整体协调;骑楼街道融合当地岭南元素,构建宜人商务环境;建筑以连廊串连,建筑风格上凸显文化底蕴,使用中便民宜行……
“我们去地铁站或者去银行,可以通过骑楼,不淋雨、不晒太阳。”自从前年搬到琶洲西区唯品会新大楼办公,肖女士越来越多地体会到集聚区的设计优势,“通过连廊出行方便,中心广场增添绿色,闲时散散步,能缓解工作压力。”
“琶洲西区实施地区城市总设计师制度和地区场地顾问制度,从不同角度把关规划、建设。”广州市规划和自然资源局建筑规划管理处工作人员介绍,地区城市总设计师侧重于对整个区域的公共空间、建筑形态、广场公园、骑楼、连廊等提出专业咨询意见;地区场地顾问侧重于对机动车道、自行车道、人行道、小转弯半径、公交站台、道路照明、公共座椅、垃圾桶等场地景观设计予以把控,制定了40种场地设计要素建设实施标准,延伸至实施、使用、养护等环节。
“规划布局更紧凑、尺度更宜人,最大化集约节约用地和利用江景资源,为产业链条延伸和企业发展留足空间。”广州市对土地储备、产业规划、城市设计、土地招商与出让进行全过程管控,琶洲管委会建设促进科科长姚响全程跟进,“通过开展高质量控规编制和城市设计,参与土地供应前期商务谈判,完善土地出让条件,把规划要求融合于‘引资’‘引智’‘引技’工作,实现区域开发过程中规划、市场、政策的集成互动。”
“琶洲西区的规划,是广州的一次积极探索。”广州市规划和自然资源局地区规划管理处工作人员表示,白云湖数字科技城等产业园区,也从土地出让走向产业招商、由土地收储走向城市设计一体化,这种规划形式以精细化、品质化的城市设计,实现了有限空间里的创新发展,在实现“产业提升、环境提升”的基础上,提升了城市品质。
微改造传文脉
留下文化记忆
习近平总书记指出:“城市规划和建设要高度重视历史文化保护,不急功近利,不大拆大建。要突出地方特色,注重人居环境改善,更多采用微改造这种‘绣花’功夫,注重文明传承、文化延续,让城市留下记忆,让人们记住乡愁。”广州是座千年古城,城市的发展,不仅要加入现代元素,也要注重保留传统格局、街巷肌理和景观环境,更重品质,更强调以人为本,更善用中国智慧,更自觉将中华文化传统和当代生活结合起来。
矗立在珠江白鹅潭畔、融现代设计与历史风貌于一体的建筑群,吸引不少市民驻足——这是今年5月正式开放的广州铁路博物馆。“这里原先是粤汉铁路黄沙车站的旧址,是广州市历史建筑。经过8年多时间,以‘绣花’功夫微改造而成,所有横梁都留着以前的编号,地板也保持着当时仓库的原样,做到了‘修旧如旧’。”广州铁路博物馆工作人员陈涛介绍,博物馆由院士团队负责改造设计,整体建筑保留了基本原始风貌,集陈列、收藏、展示、科普、教育于一体,通过实物展陈及声、光、电等多媒体手段,展现铁路历史,宣扬铁路文化。
在广州,永庆坊历史街区进行整体保护,实现环境提升、文脉传承、功能转变、老城新貌;泮塘五约古村保留街区原有紧凑的空间格局和历史肌理,修缮传统建筑,推动传统工匠项目落户;新河浦历史文化街区引入民宿、咖啡、艺术廊、文创等与特色风貌契合的新业态,通过居民捐赠展品、邻里互助等系列社会治理创新,让生活与街区公共空间改造共振;还有TIT创意园、太古仓等工业遗存改造利用项目,保留传统空间形态、厚植文化底蕴,塑造出交往便利、生活舒适的公共空间。
近年来,广州加强顶层设计,制定出台《广州市关于在城乡建设中加强历史文化保护传承的实施意见》,制定广州市历史文化名城保护五年行动计划、历史文化街区保护传承工作指引、2022年国家历史文化名城保护专项评估工作方案,修订市文物管理和名城保护委员会议事规则,进一步强化市文物管理和历史文化名城保护委员会的统筹协调作用,全面系统建立健全标本兼治长效机制。据统计,全市新增认定传统风貌建筑485处,新增历史建筑13处,形成378条传统街巷保护名录研究成果。
“接下来,在‘抓保护’的基础上,我们将持续‘抓行动’‘抓特色’,采用‘绣花’功夫推进历史文化遗产发展利用,打造历史文化保护传承典范区域和精品项目,探索名城保护与城市可持续发展的新路径,让广州这座千年古城焕发经典名城、时代花城魅力。”广州市规划和自然资源局局长邓毛颖说,面对实现老城市新发展的命题,广州将坚持规划引领,妥善处理好保护与发展、保护与利用、保护与民生、保护与生态的关系,擦亮广州历史文化名城的“金字招牌”。(人民日报记者 罗艾桦 姜晓丹)
(文图:赵筱尘 巫邓炎)