未来的超级计算机会变成什么样？专访瑞典皇家自然科学院院士

瑞典皇家科学院10月7日宣布，2025年诺贝尔物理学奖授予约翰·克拉克、米歇尔·H·德沃雷和约翰·M·马蒂尼斯三名量子物理学家，以表彰他们在电路中实现宏观量子力学隧穿效应和能量量子化方面的贡献。为什么2025年诺贝尔物理学奖会颁给量子物理领域？今年的诺奖结果对未来量子领域的发展会有哪些影响？墨子沙龙和中国人民大学副教授郭彦良专访了瑞典皇家自然科学院院士穆罕默德（Mohamed Bourennane）。

Q

请您描述一下今年的诺贝尔物理学奖得奖成果

A

好的，今天诺贝尔物理学奖的得奖成果是关于大型量子系统如何表现出量子行为，得奖的三位科学家以此为课题展开研究，结果表明即使在大型系统中也存在量子力学特性。

其中一个是隧穿效应，第二个则是量子化，例如量子化的原子，例如拥有不同能级的模型球，这也曾是一个悬而未决的问题，对我们的系统来说也是如此。结果表明存在这样的量子化，也就是我们今天三位得主的获奖成果。

当然，这些成果也催生了众多应用，例如今天提到的量子计算机、量子存储器，另外一个重点就是探索经典物理世界与量子世界之间的界限。

Q

那么，您认为这与超级计算机的强大能力也相关吗？

A

很难回答哪个平台是最好的。现在有许多可选方案：超导是一个，离子阱是一个，中性原子还有光子。有四个可能方案，但没有一个能够满足全部要求。

也有科学家思考将这些系统组合起来，因为没有一个单一系统能够做到一切。这是问题所在。

Q

但你还必须服从保真度和扩展性。

A

对，还有扩展性的问题：能有多少量子比特？在低温量子“冰箱”中能有多少超导量子比特？ 如果你说上千个？可以。但如果你说上百万个？那就很难了。扩展性非常重要，逻辑门保真度也很重要，等等。

Q

例如，离子阱中捕获的离子拥有最佳保真度。

A

对，但是扩展性成问题。

Q

冷原子拓展性很不错，但保真度就不行了。而超导量子比特则介于两者之间。所以，您认为2025年诺贝尔奖授予超导量子比特，是不是同时意味着未来中性原子或离子阱获得诺贝尔奖的可能性就更小了呢？

A

关于这个问题，委员会不允许我们讨论未来得奖的原因。

Q

那么，对于超导体来说，它的原创或创新究竟是什么呢？如果你认为它是创新，那么现在我们有了超导量子比特系统。但相对于其他两三个候选方案来说，创新又如何体现呢？

A

我认为其他候选方案使用的是微观方案，比如原子或离子。我们已经非常了解这类系统的工作原理，对吧？但对于量子比特，我们的优势在于使用微型制造技术，就像标准技术一样。

我认为就像上海科研人员做的研究一样，他们尝试各种可能的平台。

Q

您认为未来的超级计算机会是什么样？

A

现在有一个思路，就是组合各种方案，也许未来的终极目标就是将所有可能性组合起来，也许再加上人工智能计算机，加上经典计算机，我认为未来可能会出现结合不同平台的混合系统。

Q

您如何评价今年的诺贝尔物理学奖？您认识三位得主吗？您以前见过他们吗？您有见过其中某位得主吗？您的评价是什么？

A

我见过约翰·马丁尼斯，他来过这里两次。我也见过德沃雷，但从没见过克拉克。

Q

您对三位教授得主的印象如何？

A

他们获奖实至名归。因为当时没人相信能在大型系统内实现量子力学。这曾是问题，当然，三位得主证明是可行的。我认为这是巨大突破，一旦实现，我们就能证明即便是大型系统也能展现量子行为，为真正实现所有这些基于量子比特的半导体开辟新道路，所以他们的成果属于开创性研究。但是，构建基于量子比特的量子计算机颇具挑战，如今许多公司和机构，例如谷歌、IBM、上海科学技术大学都在研发量子计算机。如今竞争很多，世界各地之间的竞争确实相当激烈。

Q

根据您的回答，今年正值量子力学100周年，诺贝尔奖也授予了与之相关的量子计算机。您是否认识这是一种暗示？是否影响未来的竞争？会有更多国家投入更多资源在这个领域。

A

当然，诺贝尔奖颁发后总会引起舆论关注，全球各国也会更投入相关领域。我希望能够吸引更多年轻人，学生，研究人员，投入更多基金等等。我们希望在全球范围内加强这样的努力。

编译：金烨