“今年我关注的是国际单位制变革相关的话题。此次国际单位制变革,是一个改写教科书式的变化,是人类科学发展进步中的一座里程碑。”3月5日,记者在委员驻地见到全国政协委员、中国计量科学研究院院长方向时,还没在沙发上坐稳,他就向记者介绍起了自己今年的两会提案。

  作为计量科技领域的“网红”人物,一谈起这个话题,方向的语气和眼神里难掩兴奋,“这是人们认识自然改造自然的一个基本制度、一个基本方法的改变。”也正是基于国际单位制变革带来的重大影响,他今年带来的提案内容是加快构建国家先进测量体系。

一次改写教科书式的变革

  从1967年第13届国际度量衡大会实现对秒的重新定义,到2018年第26届国际计量大会全票通过了关于“修订国际单位制(SI)”的1号决议,至此国际计量单位制的7个基本单位全部实现由常数定义。方向说,新定义彻底颠覆了人类测量活动采用实物基准的历史,全面开启了以量子基准为核心的现代“先进测量”时代。世界测量技术规则将实现重构,国际计量体系正发生历史性重大变革,由此带来的影响广泛而深远。“可以想象,依托时间频率实现的量值传递,使得我们今天在北京复现的量值,和我们的子孙后代未来在火星上复现的量值将是一致的。”

  方向说,国际单位制的全面重新定义,被评价为“改写教科书的巨大变革”和“自法国大革命以来测量科学最大的革命”。也正是因此,美国国家标准与技术研究院2016年就启动了一项旨在超前布局、实现美国全面领先的行动计划,即芯片上的国家计量院,并已经将最新技术成果首先应用于军事领域;2018年12月,美国总统特朗普又签署了《国家量子倡议法案》,其中将投入4亿美元用于研究量子计量技术和测量标准。欧盟于2016年启动“量子技术旗舰”计划,将量子计量和传感作为四大优先发展领域之一,并预测将在5年内得到应用。英国专门成立了先进量子计量研究院,加强对量子计量标准研究。在亚洲,日本和韩国也都投入巨资,竞相开展相关计量研究。由此,全球发达国家和区域都已竞相布局全新的、以量子计量为核心的各国现代“先进测量体系”。

  “整体来看,在我国对于国际计量单位制重新定义带来的巨大发展机遇尚未得到应有重视。”方向介绍说,近年来,在各有关部门的支持和努力下,我国不断加大量子计量基准的研究,已实现“秒”“米”、电学量等国际单位制的新定义,并在本轮温度单位“开尔文”重新定义等方面作出重大贡献,先后被授予多项国家科技进步一等奖。但围绕国家现代先进测量体系的系统性布局显著不足,相关计量基础技术和设施还很薄弱,核心关键技术还未全面突破;军民融合发展、产业创新发展的格局远未形成。

中国计量迎来了“并道超车”的机会

  “按照此前的测量方式,如果将来人类登录火星后需要称重,还要把国际千克原器带到火星上去比对校准。”方向说,过去依靠实物测量,测量标准和工具是分离的,此次国际单位制变革最显著的特点就是未来的所有测量活动都将不再依赖于实物基准,而是通过网络传输技术、依托高准确时间频率基准信号,实现无处不在的准确测量。集多参量、高精度于一体的芯片级综合测量,不受环境干扰无需校准的实时测量均将成为可能,进而催生整个测量体系的全面创新。

  “过去连弯道都很少有,哪里来的超车机会?”方向说,过去我们很多高端产业仪器基本全靠进口,因为在传统的物理测量领域,发到国家的工业化程度很高,发展历史很长,具有先天的优势,我们经常处于追赶和跟跑的状态。但是现在不一样了,国际单位制变革让我们站在了同一个起跑线上,我认为只有并道跑,才有更多的超越机会。”方向说,通过嵌入芯片级量子计量基准,把最高测量精度直接赋予制造设备并保持长期稳定,将为新一轮工业革命提供有力支撑。高稳定、强可靠、自适应、多功能、低消耗的先进测量技术将为人工智能提供可靠的感知,必将促进仪器仪表产业的颠覆性创新发展,也将为现代科技和军事发展提供新的契机。

  方向说,我国计量科技近年来发展迅速,获得国际互认的校准和测量能力已跃居全球第三、亚洲第一;我国自主可控的国家时间基准达到3500万年不差一秒,长度量子基准达到每米误差不多于50纳米,都跻身世界领先行列。“但是必须承认,我们目前的科研和国际一流水平还有不小的差距,计量科研工作者要克服浮躁情绪,继续埋首潜心科研。”他说。

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