未來的超級(jí)計(jì)算機(jī)會(huì)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(jiǎng)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?cè)陔娐分袑?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(jiǎng)會(huì)頒給量子物理領(lǐng)域？今年的諾獎(jiǎng)結(jié)果對(duì)未來量子領(lǐng)域的發(fā)展會(huì)有哪些影響？墨子沙龍和中國(guó)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(qǐng)您描述一下今年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)得獎(jiǎng)成果

A

好的，今天諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)的得獎(jiǎng)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(jiǎng)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(gè)是隧穿效應(yīng)，第二個(gè)則是量子化，例如量子化的原子，例如擁有不同能級(jí)的模型球，這也曾是一個(gè)懸而未決的問題，對(duì)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(jiǎng)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(jì)算機(jī)、量子存儲(chǔ)器，另外一個(gè)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(jí)計(jì)算機(jī)的強(qiáng)大能力也相關(guān)嗎？

A

很難回答哪個(gè)平臺(tái)是最好的。現(xiàn)在有許多可選方案：超導(dǎo)是一個(gè)，離子阱是一個(gè)，中性原子還有光子。有四個(gè)可能方案，但沒有一個(gè)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?yàn)闆]有一個(gè)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(duì)，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(gè)？可以。但如果你說上百萬個(gè)？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(duì)，但是擴(kuò)展性成問題。

Q

冷原子拓展性很不錯(cuò)，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(jiǎng)授予超導(dǎo)量子比特，是不是同時(shí)意味著未來中性原子或離子阱獲得諾貝爾獎(jiǎng)的可能性就更小了呢？

A

關(guān)于這個(gè)問題，委員會(huì)不允許我們討論未來得獎(jiǎng)的原因。

Q

那么，對(duì)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(duì)于其他兩三個(gè)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(duì)吧？但對(duì)于量子比特，我們的優(yōu)勢(shì)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(tái)。

Q

您認(rèn)為未來的超級(jí)計(jì)算機(jī)會(huì)是什么樣？

A

現(xiàn)在有一個(gè)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(jì)算機(jī)，加上經(jīng)典計(jì)算機(jī)，我認(rèn)為未來可能會(huì)出現(xiàn)結(jié)合不同平臺(tái)的混合系統(tǒng)。

Q

您如何評(píng)價(jià)今年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)？您認(rèn)識(shí)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(píng)價(jià)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(duì)三位教授得主的印象如何？

A

他們獲獎(jiǎng)實(shí)至名歸。因?yàn)楫?dāng)時(shí)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(jì)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(jì)算機(jī)。如今競(jìng)爭(zhēng)很多，世界各地之間的競(jìng)爭(zhēng)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(jiǎng)也授予了與之相關(guān)的量子計(jì)算機(jī)。您是否認(rèn)識(shí)這是一種暗示？是否影響未來的競(jìng)爭(zhēng)？會(huì)有更多國(guó)家投入更多資源在這個(gè)領(lǐng)域。

A

當(dāng)然，諾貝爾獎(jiǎng)?lì)C發(fā)后總會(huì)引起輿論關(guān)注，全球各國(guó)也會(huì)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(duì)：呂真真