在南京实验室的冷气机声里,摸到量子计算的真实轮廓

上周三在南京紫金山脚下的实验室蹲到下午三点,穿洗得发白的白大褂的研究员突然把我往冰箱后面拽。那台冰箱是存稀释制冷机备件的,嗡嗡声裹着冷气扑脸,他指着机箱里闪着淡蓝光的铜色部件说,这就是你找了半年的量子计算核心。

说实话,我之前对量子计算的印象,全是从科幻片和自媒体爽文里捡来的。什么算力爆炸,什么破解所有密码,什么颠覆传统互联网,每次看到这种标题我都划走,但真等自己站在这堆铜和线中间,还是忍不住想问——真有那么神?

别被“算力爆炸”的噱头骗了

哪有那么神。

现在实验室里跑的超导量子比特,平均每过一百微秒就会被环境里的热噪音、电磁干扰带偏状态,连个简单的两位数乘法都要反复纠错十几次才能算对。之前刷到的那些“量子计算3年淘汰比特币”的文章,合着全是坐在写字楼里的小编编出来的。

我当时蹲在制冷机旁边看了二十分钟,研究员时不时就要调一下控制面板上的参数,屏幕上的错误率数字跳来跳去,跟我小时候玩的坏了的掌上游戏机似的。

南京实验室稀释制冷机内部超导芯片实拍
南京实验室稀释制冷机内部超导芯片实拍

哦对,他说上周楼下装修,电钻响了半小时,攒了一周的实验数据全废了。那台稀释制冷机要维持10毫开尔文的极端低温——比外太空的背景温度还低上一百多倍,稍微有一点地面震动,芯片上的量子态就全乱了。

很多人觉得量子计算出来,传统计算机要直接进博物馆。纯扯。现在的量子计算连个日常用的聊天软件都跑不了,你让它帮你算个密码?它连自己的状态都稳不住,算出来的结果错得离谱。还有人扯量子纠缠能超光速传信息,别瞎扯。你就算把两个纠缠的粒子一个放南京一个放月球,也没法靠它给月球上的人发消息,该走的电磁波还是得走,光速该是多少还是多少。

它的第一份正经工作,是算清分子的小脾气

那到底现在的量子计算能干嘛?

研究员给我举了个例子,算固氮酶的分子结构。就是植物根瘤里那种能把空气中的氮变成肥料的酶,现在工厂里做合成氨要烧大量的煤,温度压力拉满,要是能把这个酶的结构算明白,说不定能在常温常压下把氮固定下来,省下来的能源量是个天文数字。

但这个事难就难在,分子里的电子是同时处于多种状态的,经典计算机是靠0和1的离散状态一步步算,要模拟这种连续的叠加状态,就算把全世界的超算堆起来,可能也算不准。这刚好是量子计算天生擅长的事——量子叠加态的并行处理能力,本来就是量子世界自带的属性,不用硬靠经典计算机硬凑。

量子模拟固氮酶分子结构原理示意图
量子模拟固氮酶分子结构原理示意图

我当时听他讲的时候,窗外的梧桐叶被风吹得蹭着玻璃响,突然就觉得之前那些飘在天上的概念落地了。它不是什么能颠覆世界的魔法,就是个天生适合干某一类细活的工具,就像显微镜刚出来的时候,没人指望它能当望远镜用。

他说现在他们团队做的事,就是慢慢把量子比特的错误率降下来,从能算简单的分子结构开始,一步一步来。哪天能把锂电池的分子结构算明白,把充电速度提个三倍四倍,或者能模拟出某种抗癌药物的分子结构,减少临床实验的时间,这就算没白忙活。

现在的进度,大概是1940年的电子管水平

我当时问他,普通人什么时候能真的用上量子计算?

他笑了,说你别想着自己家买个量子计算机打游戏,大概率一辈子都用不上。但你可能会用到它算出来的新电池材料,新的药物分子,这些东西是间接落到你生活里的,你甚至都不知道它背后有量子计算的功劳。

现在的量子计算是什么水平?他比了个很形象的例子,大概相当于1940年的电子管计算机。那时候的计算机占了一整个房间,全是亮着灯的电子管,算个炮弹的飞行轨迹都要花好几个小时,谁能想到几十年后,这些计算能力能塞进一个口袋里的手机,用来刷短视频、点外卖?

但中间走了八十年。不是三年。

我从实验室出来的时候,太阳已经斜到山后面去了,风裹着桂花香吹过来。之前总觉得科技的发展是那种“哐当”一下就颠覆世界的爽文桥段,真的蹲在实验室里看了半天,才发现大部分的技术突破,都是在嗡嗡的冷气机声里,慢慢磨出来的。

没有什么一夜之间的算力爆炸。

也没有什么飘在天上的平行宇宙。

就是一群人,守着一台要降到接近绝对零度的机器,一点点把错误率往下压,等着哪天它能稳稳当当算明白一个分子的结构,就算成了。

临走的时候研究员给我塞了个印着他们实验室logo的钥匙扣,上面画着个闪着蓝光的量子芯片。我现在把它挂在包上,每次看到都想起那天实验室里的冷气声——原来所谓的前沿科技,从来都不是写在自媒体标题里的噱头,是一群人在冷飕飕的房间里,熬了一个又一个下午磨出来的东西。

作者|科技

排版|科技

审核|阿辰

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文章名称:在南京实验室的冷气机声里,摸到量子计算的真实轮廓
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