未來的超級計算機(jī)會變成什么樣？專訪瑞典皇家自然科學(xué)院院士

瑞典皇家科學(xué)院10月7日宣布，2025年諾貝爾物理學(xué)獎授予約翰·克拉克、米歇爾·H·德沃雷和約翰·M·馬蒂尼斯三名量子物理學(xué)家，以表彰他們在電路中實(shí)現(xiàn)宏觀量子力學(xué)隧穿效應(yīng)和能量量子化方面的貢獻(xiàn)。為什么2025年諾貝爾物理學(xué)獎會頒給量子物理領(lǐng)域？今年的諾獎結(jié)果對未來量子領(lǐng)域的發(fā)展會有哪些影響？墨子沙龍和中國人民大學(xué)副教授郭彥良專訪了瑞典皇家自然科學(xué)院院士穆罕默德（Mohamed Bourennane）。

Q

請您描述一下今年的諾貝爾物理學(xué)獎得獎成果

A

好的，今天諾貝爾物理學(xué)獎的得獎成果是關(guān)于大型量子系統(tǒng)如何表現(xiàn)出量子行為，得獎的三位科學(xué)家以此為課題展開研究，結(jié)果表明即使在大型系統(tǒng)中也存在量子力學(xué)特性。

其中一個是隧穿效應(yīng)，第二個則是量子化，例如量子化的原子，例如擁有不同能級的模型球，這也曾是一個懸而未決的問題，對我們的系統(tǒng)來說也是如此。結(jié)果表明存在這樣的量子化，也就是我們今天三位得主的獲獎成果。

當(dāng)然，這些成果也催生了眾多應(yīng)用，例如今天提到的量子計算機(jī)、量子存儲器，另外一個重點(diǎn)就是探索經(jīng)典物理世界與量子世界之間的界限。

Q

那么，您認(rèn)為這與超級計算機(jī)的強(qiáng)大能力也相關(guān)嗎？

A

很難回答哪個平臺是最好的。現(xiàn)在有許多可選方案：超導(dǎo)是一個，離子阱是一個，中性原子還有光子。有四個可能方案，但沒有一個能夠滿足全部要求。

也有科學(xué)家思考將這些系統(tǒng)組合起來，因為沒有一個單一系統(tǒng)能夠做到一切。這是問題所在。

Q

但你還必須服從保真度和擴(kuò)展性。

A

對，還有擴(kuò)展性的問題：能有多少量子比特？在低溫量子“冰箱”中能有多少超導(dǎo)量子比特？ 如果你說上千個？可以。但如果你說上百萬個？那就很難了。擴(kuò)展性非常重要，邏輯門保真度也很重要，等等。

Q

例如，離子阱中捕獲的離子擁有最佳保真度。

A

對，但是擴(kuò)展性成問題。

Q

冷原子拓展性很不錯，但保真度就不行了。而超導(dǎo)量子比特則介于兩者之間。所以，您認(rèn)為2025年諾貝爾獎授予超導(dǎo)量子比特，是不是同時意味著未來中性原子或離子阱獲得諾貝爾獎的可能性就更小了呢？

A

關(guān)于這個問題，委員會不允許我們討論未來得獎的原因。

Q

那么，對于超導(dǎo)體來說，它的原創(chuàng)或創(chuàng)新究竟是什么呢？如果你認(rèn)為它是創(chuàng)新，那么現(xiàn)在我們有了超導(dǎo)量子比特系統(tǒng)。但相對于其他兩三個候選方案來說，創(chuàng)新又如何體現(xiàn)呢？

A

我認(rèn)為其他候選方案使用的是微觀方案，比如原子或離子。我們已經(jīng)非常了解這類系統(tǒng)的工作原理，對吧？但對于量子比特，我們的優(yōu)勢在于使用微型制造技術(shù)，就像標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)一樣。

我認(rèn)為就像上海科研人員做的研究一樣，他們嘗試各種可能的平臺。

Q

您認(rèn)為未來的超級計算機(jī)會是什么樣？

A

現(xiàn)在有一個思路，就是組合各種方案，也許未來的終極目標(biāo)就是將所有可能性組合起來，也許再加上人工智能計算機(jī)，加上經(jīng)典計算機(jī)，我認(rèn)為未來可能會出現(xiàn)結(jié)合不同平臺的混合系統(tǒng)。

Q

您如何評價今年的諾貝爾物理學(xué)獎？您認(rèn)識三位得主嗎？您以前見過他們嗎？您有見過其中某位得主嗎？您的評價是什么？

A

我見過約翰·馬丁尼斯，他來過這里兩次。我也見過德沃雷，但從沒見過克拉克。

Q

您對三位教授得主的印象如何？

A

他們獲獎實(shí)至名歸。因為當(dāng)時沒人相信能在大型系統(tǒng)內(nèi)實(shí)現(xiàn)量子力學(xué)。這曾是問題，當(dāng)然，三位得主證明是可行的。我認(rèn)為這是巨大突破，一旦實(shí)現(xiàn)，我們就能證明即便是大型系統(tǒng)也能展現(xiàn)量子行為，為真正實(shí)現(xiàn)所有這些基于量子比特的半導(dǎo)體開辟新道路，所以他們的成果屬于開創(chuàng)性研究。但是，構(gòu)建基于量子比特的量子計算機(jī)頗具挑戰(zhàn)，如今許多公司和機(jī)構(gòu)，例如谷歌、IBM、上海科學(xué)技術(shù)大學(xué)都在研發(fā)量子計算機(jī)。如今競爭很多，世界各地之間的競爭確實(shí)相當(dāng)激烈。

Q

根據(jù)您的回答，今年正值量子力學(xué)100周年，諾貝爾獎也授予了與之相關(guān)的量子計算機(jī)。您是否認(rèn)識這是一種暗示？是否影響未來的競爭？會有更多國家投入更多資源在這個領(lǐng)域。

A

當(dāng)然，諾貝爾獎頒發(fā)后總會引起輿論關(guān)注，全球各國也會更投入相關(guān)領(lǐng)域。我希望能夠吸引更多年輕人，學(xué)生，研究人員，投入更多基金等等。我們希望在全球范圍內(nèi)加強(qiáng)這樣的努力。

編譯：金燁

字幕校對：呂真真

本文轉(zhuǎn)載自《墨子沙龍》微信公眾號

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