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
防二次感染?维护免疫力不能缺少维生素A!******
目前,全国各地陆续迎来感染高峰,有的人症状相对比较轻微,而有的人则戏称遭受到“新冠十大酷刑”,症状十分严重。感染症状的轻重,除了与毒株有关外,与每个人的免疫力强弱不同也有关。免疫力强的人更不容易出现危重症,痊愈后出现后遗症的概率也相对小。而维护免疫力,促进康复,避免二次感染,都离不开维生素A的帮助。
维生素A有促进上皮细胞的生长和分化的作用,对促进黏膜细胞增生,维持黏膜屏障的完整性有重要作用。
而黏膜是免疫系统的第一道防线,保持体内维生素A充足,有助于加固这道防线。
维生素A的食物来源有两类:一是植物性的,二是动物性的。
植物性食物中,绿色或黄色蔬果如菠菜、韭菜、豌豆苗、苜蓿、青椒、红薯、胡萝卜、南瓜、杏、芒果中含β-胡萝卜素较多,进入体内后会转化成维生素A。
动物性食物中,动物肝脏、鱼肝油、牛奶及蛋类中含量较高,是维生素A的良好来源。
成人维生素A的需要量为男性800微克RAE/天,女性700微克RAE/天。
补充维生素A,给大家推荐以下三种食物——
推荐一:猪肝
猪肝维生素A含量为4972微克RAE/天,含量非常丰富。
要注意的是,用爆炒的方法烹动物内脏存有一些风险,因为爆炒的过程中可能加热不够充分,没有足够高的温度和时间杀灭肝脏里的寄生虫,而用煮的方法相对更安全。煮的时间尽可能延长,要把猪肝煮烂,烂一点还有利于消化吸收。
如果喜欢炒食,切忌“快炒急渗”,更不可为求鲜嫩而“下锅即起”。要做到煮熟炒透,使猪肝完全变成灰褐色,看不到血丝才好,以确保食用安全。
在食用量上,也不要过多食用猪肝,以免维生素A中毒,一般成人可以每月食用动物内脏2-3次,每次25克(生重)。由于猪肝的胆固醇和嘌呤含量比较高,有忌口的慢性病患者慎吃。
推荐二:菠菜
菠菜富含胡萝卜素,同样可以在体内转化为维生素A。
食用菠菜,烹调前注意一定要焯水1分钟,这样草酸可以被焯掉60%-70%。
关于吃菠菜的量,建议大家一周不超过三次,一般情况下一次可以吃200-300克(生重)。一顿饭炒一盘菠菜,然后一周隔一两天吃一两次,可以热炒,可以煮,可以焯水后凉拌,本着清淡的原则去做都可以。
推荐三:胡萝卜
胡萝卜是胡萝卜素的良好来源。烹调时用油作为载体,能使胡萝卜的营养吸收率更高。
一般来说,炒一盘胡萝卜最大的用油量约10毫升,也就是一汤勺的量。如果不用油的话,同餐有肉类等含有脂肪的食物也可以。
文/于康(北京协和医院临床营养科教授)
◎知识链接◎
补充维生素C,别只知道柠檬这一种了!
虽然对维生素C能否防治感冒尚无确证,但毋庸置疑的是,对于维生素C摄入不足的人群来说,补充维生素C的确有提高机体免疫力的作用。如果长期缺乏维生素C,会让免疫系统的重要细胞——吞噬细胞的功能受到影响,人更容易感冒,也更容易出现倦怠、全身乏力等情况。
疫情期间,朋友们更要注意维生素C的补充。对于一般成人来说,维生素C的日常摄入量为100毫克/天,预防非传染性慢性病摄入量为200毫克/天。
如果饮食中的维生素C摄入不足,可以在医生指导下,通过服用维生素C补充剂来补充。
不过,补充维生素C并非越多越好。超大量服用维生素C不仅不会提高吸收率,还有可能增加患结石的风险。因此,服用补充剂时要遵医嘱,切勿超量。
补充维生素C最好的办法是吃蔬菜水果,只要是新鲜的,都是维生素C的良好来源。越新鲜,维生素C保留得越好。水果方便食用,不用加热,维生素C不会额外损失,下面推荐三种富含维生素C的水果。
第一种:鲜枣
在常见的水果中,鲜枣的维生素C含量名列前茅,高达243毫克/100克,差不多是苹果的60倍,梨和西瓜的40倍,桃的30倍,柠檬的10倍。
吃鲜枣时注意,一定要慢慢地咀嚼着吃,要把外面的皮嚼碎嚼烂了再吃进去。否则,由于枣皮在胃肠道消化较慢,如果吃得太快,可能会引起胃肠道不适。
在食用量上,一般成人可以每天用手抓一小把,抓多少就吃多少。鲜枣含糖量比较高,糖尿病患者慎吃。
第二种:猕猴桃
猕猴桃的维生素C含量高达62毫克/100克,吃一个普通大小的猕猴桃,可以满足一天维生素C需要量的1/2。普通人一天吃约400克的绿叶菜再加一个猕猴桃,基本就满足了一天的维生素C摄入量了。
除了富含维生素C,猕猴桃还含有较高的膳食纤维和维生素E、K等,对防治便秘、减肥和美容有一些帮助。
常见的猕猴桃有红心、黄心、绿心三种,很多朋友不知道哪种猕猴桃营养价值更高,其实都差不多,三种猕猴桃营养价值差别不大,大家按照喜好选择即可。
第三种:草莓
草莓酸酸甜甜,被称为“果中皇后”,深受大众的喜爱。实际上,草莓不仅口感美味,营养价值也特别好。
每100克草莓中含58.8毫克维生素C,远远超过苹果、梨等水果。草莓还含有丰富的β-胡萝卜素,β-胡萝卜素是合成维生素A的重要物质,具有维持正常夜视力、保护皮肤等多种作用。
草莓果质娇嫩,不易洗净,建议在自来水下用流动水冲洗30秒,浸泡几分钟,然后再用流动水冲洗一下。
文/于康(北京协和医院临床营养科教授)
(北京青年报)
(文图:赵筱尘 巫邓炎)