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
交叉融合、双向互动:西方史学新趋势之分析******
作者:王晴佳(山东大学讲席教授)
一
进入21世纪以来,西方史学界推陈出新,出现了不少新变化,足以证明历史学这一传统学问,正在不断革新和更新。依笔者管见,这些变化或许可以用本文的正题来略加概括。“交叉融合”指的是新兴史学流派层出不穷,但相互之间又没有明显的界限,而是呈现借鉴融合之势;“双向互动”指的是专业史家与读者之间,产生了远比之前更为积极的沟通和交流。不过为了清晰阐明这两种最新趋势,我们或许还得从一个多世纪之前谈起。
众所周知,历史研究在19世纪下半叶开始走向职业化,其标志是专业历史学会和专业历史刊物的建立和出版。一批志同道合的学者,以历史教学和研究为业,通过学会活动和专业刊物,相互切磋、交流,以期增进历史知识的获取和呈现。史学工作者建立了自己的学术圈,历史学亦变成一门独立自主的学科。19世纪末于是出现了两本史学方法论的著作:德国史家恩斯特·伯伦汉的《史学方法论》和法国史家朗格诺瓦、瑟诺博司的《史学原论》,指导历史从业者如何习得和掌握历史研究的方法和本领。
也正是在19世纪末、20世纪初,历史学开始受到其他学科(经济学、地理学、社会学和心理学等)的挑战和洗礼,经历了一个“社会科学化”的过程。这一“社会科学化”的特征主要表现在,一些史家不满德国兰克学派所代表的、以批判和核实史料为主的历史书写模式,希望借助社会科学的方法,对历史演变的过程做更为宏观的概括和解释。兰克学派提倡运用档案史料,其研究重心便自然以政治史、军事史为主,而如果希望对整个社会做综合的描述,那么档案史料就不敷使用了。20世纪初出现的历史学“社会科学化”代表了一个国际性的潮流,德国有卡尔·兰普雷希特、美国有“新史学”派如詹姆士·鲁滨逊等史家,英国有亨利·巴克尔,法国则由亨利·贝尔首倡、而1929年崛起的年鉴学派集其大成。这一“社会科学化”的哲学前提是实证主义,其意图是在确证事实的基础上,对历史的演变做广博的综合解释。换言之,他们不满足只是核定史料,然后据此直书,就一个重要人物的某个或几个事件,讲述一个故事。年鉴学派自称有三大“敌人”:政治史、事件史和人物史,由此可见其突破、创新的志向。
从后世的眼光考察,正是这一“社会科学化”的潮流,促使史学界不同流派的出现,如经济史、文明史、思想史等。二战之后,史学界流派纷呈的态势更为明显。若以美国为例,“新史学”所倡导的思想史在20世纪60年代一枝独秀,而大西洋彼岸的英国则由马克思主义史家带领,开展了“眼光朝下”的劳工史、社会史的研究。到了70年代,美国亦掀起了社会史、劳工史研究的热潮。此时的法国史坛,年鉴学派独霸天下,代表人物费南德·布罗代尔以提倡“长时段”名世,成功地实践了超越“政治史、事件史和人物史”的目标。布罗代尔的弟子如埃马纽埃尔·勒华拉杜里甚至提倡不再以个别人物的事迹作为历史书写的对象。为了对一个社会做“全体史”的综合分析,计量方法得到了青睐。计量史学在70年代一度大有独领风骚之势。在兰克学派的大本营德国,二战之后也出现了新的变化。譬如基于比勒菲尔德大学的史家竭力赶超欧美同行,从事社会史抑或“历史的社会科学”的研究。
饶有趣味的是,也正是在历史学大踏步走向社会科学化的70年代,一股与之志向和取径颇为不同的潜流渐渐涌现,那就是新文化史(有些地方亦称新社会史)和妇女史的实践。具言之,20世纪60年代的史家出于描绘和解释社会结构变化的需要,提倡“眼光朝下”,为处于边缘(比如女性)和下层(比如劳工)的民众发声,为其写史,这些尝试,并不为一个流派所限。举例而言,北美著名史家娜塔丽·泽蒙·戴维斯的《马丁盖尔归来》,被誉为新文化史的开山之作之一,但就其内容而言,又可以归属于妇女史,因为其中的主角是盖尔之妻贝特朗。盖尔夫妇和冒名顶替的“盖尔”三人又都属于社会下层,因此将该书视作史家“眼光朝下”的一个实践,亦十分恰当。意大利史家卡洛·金兹堡的《奶酪与蛆虫》,也是新文化史的一个范例,同时也被称为“微观史”这一流派的开创之作。与戴维斯的取径类似,金兹堡从一个磨坊主的言论着手,以小见大,窥视和描述19世纪欧洲人宇宙观、世界观的变化,同样展现了“眼光朝下”的视角。上面已经提到,马克思主义史家首先提倡史家为普罗大众写史,譬如“眼光朝下”这一提法的首倡者就是英国的马克思主义史家爱德华·汤普森。汤普森的名作《英国工人阶级的形成》,无疑探讨的是一个社会变动、变革的大问题,但他描述的主角不但是处于下层的劳工,而且还从文化的角度分析“阶级意识”的形成。汤普森的著作被视为马克思主义史学之“文化转向”的代表作品,而这一尝试又与新文化史的关注点有着一定的可比性。
以妇女史的发展来看,流派之间的界限逐渐模糊这一特点表现得更为明显。妇女史研究具有明显的跨学科特点,是妇女研究的一个重要组成部分,经常兼涉法律、政治、社会、人文、思想等诸方面。1986年,劳工史出身转入妇女史研究的琼·W·斯科特发表了《社会性别:一个有用的历史研究范畴》,又将妇女史扩展到社会性别史,进一步促进了妇女史研究与其他流派之间的交流和互动。近年史学界出现的男性史的新研究,便是其中的一个结果。
同时,妇女史和性别史研究的开展,还推动了家庭史、身体史、儿童史和情感史等诸多新流派的兴起。这些新兴流派都将历史研究关注的对象,从之前的公领域转向了私领域,打破了两者之间的区分和界限。上述流派亦采用跨学科的方法,如家庭史的开展,与社会学关系密切。身体史、儿童史、情感史乃至最近20年发展起来的“深度史学”和神经史,不但采用了诸如心理学、人类学等社会科学,而且还借鉴了神经医学、生物学等自然科学的研究。由此缘故,这些流派之间的界限颇为模糊,比如情感史的研究,必然包含身体的层面,因为情感的表达,通常会诉诸肢体动作和语言。在开展情感史研究的同时,也有学者从事相关的感觉史研究;后者更与身体史的研究密不可分,几乎就是其一个有机组成部分。
如果说历史研究方法上的多元化和跨学科,促成了史学流派之间的融合,那么还有一个比较典型的例子就是环境史、气候史、动物史、“大历史”和海洋史等一系列探讨人类与自然和其他生物关系的学派。从其命名而言,读者便可以清晰地看出它们的研究手段,必然会借鉴自然科学的方法。同时,这些流派之间的相互关系,可以说是亲密无间、难分彼此。2022年8月在波兰的波兹南市举办的第23届国际历史科学大会,其主题发言的重点是“动物史和人类史的交互演进”,共有四个场次,分别是“动物的主体性”“人类记录中的动物”“动物的展现”和“野生和家养动物的管理”,后两场都涉及动物在人造和自然环境中的活动。而环境史、海洋史和气候史等流派之间,更是你中有我、我中有你。它们与“大历史”的研究初衷相似,希望弱化人类在历史上的中心地位,走向“后人类的史学”。上述例子充分表明,当今史学界各个流派之间的借鉴和融合,已经达到界限不分、畛域不明的程度了。
二
20世纪60年代以来史学界“眼光朝下”的思潮,加上近年来科学技术的大幅度革新,还带来了一个重要的发展趋势,那就是历史知识的获取和表述,已经出现专业学者和读者之间密切互动的局面。如上所述,19世纪下半叶历史学走向职业化,有力地促进了历史知识的深化和历史研究的学术性,与此同时也造成历史著作与读者之间产生一条明显的沟壑。历史学家希望成为人类过去的代言人,但其著作对于普通的阅读者来说,艰深难懂、枯燥无味。这一现象与18世纪史学大家爱德华·吉本的《罗马帝国衰亡史》既可以让学者在其书房研读,又能放在仕女的梳妆台上的情形,迥然不同了。
历史学的职业化在今天并无改变,对史学工作者的考核还出现日益加强之势,但从上世纪下半叶以来,专业学者与读者之间的互动,也出现了彼此积极沟通的趋向。譬如新文化史家的作品,在史学家劳伦斯·斯通眼里,就代表了历史学中“叙述的复兴”,因为其内容的铺陈颇具可读性。上面提到的《马丁盖尔归来》《奶酪与蛆虫》和勒华拉杜里的《蒙塔尤》,情节曲折生动,很具吸引力。另一位当代新文化史的名家彼得·伯克,著述不辍,文笔清新,亦反映了作者注重文字表达、普及知识的意图。
这一“双向互动”趋势的出现,并非史学工作者的一己之力或一厢情愿,而是有着双方的沟通和交流。借助互联网和其他新科技,当下历史知识的普及和传播,已经今非昔比。近年来世界各地出现的记忆研究和公众史热潮,便是显例。它们都试图在专业史家的视角之外或之下,自下而上地提供有关过去的知识,从原来的历史知识受众转变为历史知识的参与者。记忆与历史之间一直存在着某种张力:历史学者希图保持记忆,不让其遗忘,但其保存的方式,又自然和必然带有某种选择性。法国学者莫里斯·阿布瓦赫在20世纪上半叶提出“集体记忆”的概念,试图将人们对过去的记忆,不再局限于近代历史学提供的框架中,而其同胞皮埃尔·诺拉在70年代主持的《记忆之场》的大型项目,异曲同工,希图从各个方面扩大人们对过去的认知。自那时开始,记忆研究在各国蓬勃兴起,既丰富了人们对过去的认知,也对历史研究产生了积极的互动和互补作用。
公众史研究的开展,则是历史学“双向互动”的又一个范例,已经在国际史学界蔚然成风。从事和推动公众史研究的人士同时包括了专业史家和业余历史爱好者或志愿者,其研究手段也颇为多样,从文献资料整理到物质文化和非物质文化的保存,全面展开,充分体现了专业与业余之间的密切交流。总之,当代西方史学界出现的这些新变化,展现出历史学这一古老学问历久弥新的魅力。
《光明日报》( 2023年01月09日 14版)
(文图:赵筱尘 巫邓炎)