从幻想走向现实的全息技

余重秀

      ①从经典的《星球大战》到《钢铁侠》，立体全息影像在很多科幻电影中以特效的形式呈现给观众。影片中的人物可以跟在空气中形成的三维影像进行交流互动，不仅带来了震撼的视觉效果，也引发了人们对未来技术的憧憬。那么电影当中的这种技术距离我们的现实生活到底有多远呢？

      ②全息，是指事物发射或散射的光的全部信息（包括光波的振幅和相位信息）。全息摄影不仅能够记录光的强度，还能记录光从哪里发出，朝哪个方向发射的信息（即相位信息）。

      ③普通摄影术在自然环境下既能拍摄成像。而全息摄影术需要利用特殊的光源（一般采用激光），记录物体发出的散射光。记录的时候将激光束分为两束，一束直接投射到记录介质上，成为参考光束；另一束投射到目标物体上，经过物体表面的散射作用形成物光束。让物光束投射在记录介质的同一区域上，它与参考光束在记录介质上产生干涉叠加，形成干涉条纹，再经过处理之后，就得到一张全息照片。从不同的角度去观看全息照片，看到的图象内容是不一样的，跟观看真实物体的感受一样。

      ④1948年，全息术发明成功。经历了半个多世纪，它的实现技术也越来越多、越来越成熟。全息立体显示技术走出了实验室，在人们的生活生产中发挥着重要作用。利用全息照片的艺术性和可观赏性，产生了全息商标、全息邮票、全息博物馆等，利用全息图的高科技特点产生了全息防伪，用于商品、钱币、证件等防伪。近年来又在发展全息电视、全息电影等三维立体显示技术。

      ⑤1987年，我国发行了一枚全息邮折，这一年是丁卯年（兔年），在四方连邮折上有三只小兔子的全息立体照片。从不同的角度观看，可以看到小兔子的正面、侧面等不同的影像，确实可以用栩栩如生来形容了。

      ⑥2010年4月21日，美国财政部和联邦储备局共同发布了发行新版100美元的设计方案，他们采用全息防伪技术，在美钞上设置了安全线。

      ⑦全息摄影术目前在产品展览、发布会、舞台节目等场合也得到了较为广泛的应用。利用这种技术可以产生立体的空中幻象，还可以使幻象与表演者产生互动，形成一种共同表演的错觉，产生令人震撼的演出效果。

      ⑧由于全息摄影术的条件严格，立体全息视频在实用方面目前仍难大规模应用。于是“伪全息”等裸眼立体显示技术应运而生。与全息显示在空间中再现物体的实像不同，“伪全息”主要模仿人眼立体视觉原理使观众感知到物体的立体感。立体视觉原理是指人的双眼在观看同一场景时，由于左右眼之间存在一定间距，左右眼视网膜上的成像来自于不同视角，左右视点图象之间存在着细胞的差异。大脑皮层通过对两幅图象进行融合，从而感受到立体效果。目前裸眼立体显示已经能达到较高的分辨率，正在逐步走向大众。

      ⑨近年来，全息技术又取得了一些突破。2014年底，一款智能全息投影仪研发成功，科幻电影中天马行空的想象似乎真的变为了现实。这台智能全息投影仪的外形像是一颗蛋，重5.5千克。它能直接在其上方的空中投射出3D影像，影像最高可达2.5米，十分生动逼真。它还配备有动态传感器和光传感器等，可以探测环境或动作的变化，并根据这些变化实时地改变投射、变幻的内容。这种全息投影不需要带上任何3D眼镜，就能观赏。人们甚至还能与投射的人物角色产生互动。在家里配这样一款全息投影仪，是不是很酷呢？

绿色水泥，吃碳能手

黄明哲

    ①英国《卫报》2009年公布的数据显示，全世界每年生产20亿吨水泥，每生产1吨普通水泥，就释放出近1吨二氧化碳。水泥的生产占据了世界二氧化碳总排放量的5%，并且，人们对水泥的需求量还在直线上升。那么，万丈高楼平地起，万吨废气何处去？

    ②就在各国面对水泥引发的环保问题一筹莫展的时候，英国诺瓦西姆公司另辟蹊径，研发出不同的材料，以替代传统的普通水泥的原料。于是，绿色水泥诞生了！

    ③绿色水泥采用镁硅酸盐取代先前的基础原料石灰岩。它的独特之处在于它是碳负性的，这是因为镁硅酸盐不仅在制造过程中比标准水泥需要的热量少，而且在硬化过程中还能够有效吸收空气中大量的二氧化碳，所以，在生产过程中，绿色水泥排放出的二氧化碳量就会远远小于它在被使用时吸收的空气中的二氧化碳量。

    ④绿色水泥产品在整个生命周期中每吨可吸收0.6吨的二氧化碳，它就像植物一样将二氧化碳吸入，却完全不会产生碳足迹。并且，在这种新型工艺下，生产水泥所需的原料用量将大大减少，另外，生产过程所需的温度低于300摄氏度，而传统水泥生产通常需要约1450摄氏度的高温环境，这样就大幅地降低了能源的消耗。。

    ⑤还有一些新兴公司也在尝试使用不同的方法减少水泥的碳足迹，其中包括位于美国加州的卡列拉公司。该公司于2008年提出了一种新的水泥生产理念，即工厂通过二氧化碳提供的热量来维持生产，这样一种环保节约型生产水泥体系理论刚一提出便受到人们的普遍关注。后来加利福尼亚建立了第一个示范点，致力于向外界推广该生产体系的理念。

    ⑥绿色水泥技术也有望带动各地区的经济发展。它为英国和德国创造了42亿元的年产值，即使是在2009年国际金融危机的影响下，其生产总值仍取得了骄人的增长。

    ⑦目前，我国水泥单位产品能耗比国际先进水平仍高43%，水泥生产能耗约占全国能源消耗量的7%左右。以2005年10.6亿吨的产量为例来计算，水泥单耗每下降1个百分点，每年就可以节约标准煤106万吨。由此可见，水泥节能具有巨大的潜力。

    ⑧专家估计，大约到2014年绿色水泥就能投入批量生产。它必将在未来的世界“搅动一池春水”，有望让我们的生活更加健康和美好。

（选自《低碳生活》原文有改动）

       ①黄岩岛自古就是中国固有领土，是中国南海中沙群岛中唯一露出水面的岛屿。它东经120度以西，北纬20度以南，10度以北，正好夹在2条纬线的正中间。北距广州600海里，东距菲律宾苏比克湾约126海里。

②黄岩岛四周为距水面0.5米到3米之间的环形礁盘，礁盘周缘长55公里，面积150平方公。礁盘外形呈等腰直角三角形，其内部形成一个面积为130平方公里、水深为10~20米的泻湖。黄岩岛发育在3500米深的海盆上，是深海平原上的一座巨大的海底山峰露出水面的部分。黄岩岛泻湖东南端有一个宽400米的通道与外海相连，这条水道水深9~11米，宽360~400米，中型渔船和小型舰艇可由此进入，从事渔业活动或者避风。

③环礁四周有星罗棋布的礁块露出，礁块表面大小一般为1—4平方米。以北、南两端的礁块最为密集，北端者称为北岩，南端者称为南岩。南岩是在礁盘上露出海面的巨大的礁石之一，形似大石柱，上部面积约3平方米，海拔1.8米。 站在岛上环顾四周，礁盘许多地方水深仅一、两米，好像是个浅滩。但是如果从海里看，黄岩岛却是一座陡峭的高山。只要离开礁盘十公里，就是3000米的深海。

       ④与西沙南沙岛礁密集不同，黄岩岛是周边数十万平方公里海域内唯一露出水面的礁盘，战略地位十分重要。而且这个礁盘面积巨大，达到150平方公里，超过了南沙任何一个单独的礁盘，为南沙美济礁面积的3倍，可以说中沙黄岩岛是“少而精”的岛礁。黄岩岛整个礁盘浅水区（水深1米左右）面积广阔，开发建设十分方便。礁盘口门宽大，经过疏浚深挖建设后可以进出大型舰艇。由于有一圈完整的环礁阻挡，礁盘外风浪无法进入泻湖，一直是渔船的避风良港。

       ⑤黄岩岛的地理位置，对于中国神圣领土的完整性，对于开发南海的经济，其重要性不言而喻。

中国第一台光量子计算机揭秘

       第一台光量子计算机由中国科技大学、中国科学院-阿里巴巴量子计算实验室、浙江大学、中国科学院院物理所等单位协同完成研发，是货真价实的“中国造”。

       这几年，中国科技树长势喜人，今天科技界又迎来了一个振奋人心的消息：世界上第一台超越早期经典计算机的光量子计算机在中国诞生！

       这标志着，我国的量子计算机研究领域已迈入世界一流水平行列。

       量子计算机是指利用量子相干叠加原理，理论上具有超快的并行计算和模拟能力的计算机。如果将传统计算机比作自行车，量子计算机就好比飞机。

       量子计算利用量子相干叠加原理，在原理上具有超快的并行计算和模拟能力，计算能力随可操纵的粒子数呈指数增长，可为经典计算机无法解决的大规模计算难题提供有效解决方案。

举个例子，使用亿亿次的“天河二号”超级计算机求解一个亿亿亿变量的方程组，所需时间为100年，而使用一台万亿次的量子计算机求解同一个方程组，仅需0.01秒。

据中科院院士潘建伟介绍，中国2016年就首次实现了10光量子纠缠操纵，随后在此基础上利用自主发展的综合性能国际最优的量子点单光子源，通过电控可编程的光量子线路，构建了针对多光子“玻色取样”任务的光量子计算原型机，速度比之前国际同行所有类似实验快了至少2.4万倍。

       “按照目前的估计，大家应该在非常近的未来，也许是5年，也许是10年，能够实现40个比特左右的量子纠缠，在这个基础上，就可以来计算一些特殊的问题。”潘建伟院士说。

       对比经典算法，这台光量子计算原型机比人类首台电子管计算机(ENIAC)和首台晶体管计算机(TRADIC)运行速度提高10-100倍。这也是世界首台超越早期经典计算机的光量子计算机。

       预计到2017年底，研究团队将进一步实现对大约20个光量子比特的操纵。

       另外，在超导体系，中国也打破了由美国(Google/NASA/加州大学圣塔芭芭拉分校)保持的9个量子比特操纵记录，自主研发了10比特超导量子线路样品。

       这成功实现了目前世界上最大数目的超导量子比特的多体纯纠缠，并通过层析测量方法完整地刻画了10比特量子态，还在超导量子处理器上实现了快速求解线性方程组的量子算法。

       在此前关于中国这台光量子计算机的介绍中，阿里巴巴的名字并未出现，但其实阿里在这方面的贡献是相当大的。

       两年前，阿里巴巴就与中科院合作成立了亚洲首个量子计算实验室，开展在量子信息科学领域的前瞻性研究，探索超越经典计算机的下一代超快计算技术。

       双方很快就取得了优异的成绩，将量子计算从学术带到了现实世界。

       今年3月的深圳云栖大会上，阿里云公布了全球首个云上量子加密通讯案例，通过建立多个量子安全传输域，为客户提供无条件安全数据传输服务。

       不久前马云还宣布启动阿里巴巴的“NASA计划”，并称现在研究的目标是为了解决10年、20年后的困难，而量子计算就是阿里巴巴解决20年后计算资源稀缺的秘密武器。

       预计到2025年，量子计算机将达到当今世界最快超级计算机的水平，可解决一些目前无法克服的重大科技难题。