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“量子计算的极度深寒开始融化。”这是最近，某媒体关于《自然》杂志(Nature)同期“背靠背”发表两篇有关“高温量子”研究成果的报道中的一句评价。这个评价虽说不上妙到毫巅，但确实很值得鉴赏鉴赏。

在“鉴赏”之前，先声明一下，这个成果很有意思，也很有意义，Nature能够在同一期刊发两篇“相似”的研究成果，也正说明了这一点。

别担心看不懂，我尽量“说人话”把这个进展说清楚。

先说“极寒”

好了，我们回到“量子计算的极寒开始融化”的话题。

Nature4月16日发表的这两篇有关“高温量子”的文章，的确是有关对量子芯片运行所需“极寒环境”进行改善方面的，改善的方向也恰好是“升温”——从原来的无限接近绝对零度，到比绝对零度高出1.5开尔文。

升高1.5开尔文(K)就是升高1.5摄氏度(℃)，K和℃这两个单位的计数起点不一样：摄氏度的0度是冰水混合物的温度，开尔文温度的零度就是绝对零度(-273.15℃)。

你可能会问，量子芯片运行为什么需要“极寒环境”？你大可理解为，量子比特非常不稳定。到什么程度呢？稍有扰动就容易失稳，哪怕是我向量子计算系统里增加几个量子比特所产生的热量，就会干扰到它们的量子态，进而让整个量子计算系统报废。

于是，现在国际上正在开发的大多数量子计算机系统，只能在绝对零度以上的十分之一度内工作，温度高一点都不行。代价也很巨大：正所谓“绝对零度无法达到”，要构建这种极寒环境，需要开发接近极限的制冷技术。

再直白点，就是需要大把烧钱。要构建这样的制冷机，动辄数百万美元。你别嫌贵，关键时刻你有钱都买不到——2019 年 12 月，美国商务部的一份内部文件提出，“限制向中国等美国在量子计算上的竞争对手出口稀释制冷机”，说的就是它。

再说“融化”

Nature这两篇论文的研究成果，就是冲着“极寒”来的。

两篇论文的两个团队分别来自澳大利亚新南威尔士大学和荷兰代尔夫特理工大学。两家相隔这么远但用的是同一个理论方法，为什么？因为荷兰团队的领头人Menno Veldhorst，曾经是澳大利亚团队项目leader——Andrew Dzurak教授小组的博士后研究员。

你可能又有问题：那荷兰团队算抄袭吗？明确说，不算。因为原理提出跟试验验证，本就是物理学界常有的事儿，当初Dzurak提出来的理论方法，除了自己验证，也允许其他团队验证。所以两个团队的成果其实是相互独立、相互印证的。

再多说一句，Dzurak这边出结果还是比Menno这边快了8个月(试验工作由该组量子实验科学家兼工程师杨智寰主导，他是一位华人科学家)，一个是2019年2月，一个是2019年10月。

杨智寰(左)和Andrew Dzurak(右)Credit- Paul Henderson-Kelly

接着说“融化”。前边已经说了，通过一顿操作猛如虎，两个团队把量子芯片系统可以工作的温度提高到了1.5K(荷兰团队升温到1.1K)，这个温度，是原来所需“极寒”环境温度的15倍。

这也不“高温”啊！对不对，对于我们常人来说，1.5K依旧是一个超出我们感知范围、非常低温的温度。这点提升，又有什么用呢？足以让“极寒”融化吗？

先说答案：非常有用，“融不融化”容后再表。

借用 Dzurak 的一句话就是：“人们日常的温度概念很难感受 0.1K 到 1.5K的提升，但在量子世界中，这意味我们正在走出极端。”

翻译一下，走出的极端有两个：一个是传统量子计算系统对“极寒”环境的依赖，一个是在“极寒”环境下的量子计算系统难以与传统半导体芯片系统进行集成的制约。

再翻译一下，就是以后搞量子计算(特别是走半导体线路的)的不用再花数百万美元去弄那难搞的“稀释制冷机”了，而且量子计算芯片也看到了利用现有的半导体电路工艺的希望。这像极了《西游·降魔篇》里的孙猴子解除了封印有没有。

图片截自电影《西游·降魔篇》

好评如潮

这里补充一下刚才略去的研究人员是怎么“一顿操作猛如虎”升温的。

说人话就是：实现量子计算得读取量子比特的信息吧，以前读取的方式方法在“极寒”下没毛病，稍微温度升高一些就不行；研究人员于是想了个办法，他们把两个限制在一个特质的“容器”中，利用两个量子比特之间的某种特性(泡利自旋阻塞)来读取量子比特的信息。在温度稍高的环境下(1.5K)一试，还真行。

现在我们基本说清楚了“高温量子”这个成果大概的情形。这个成果发出后，在圈内也引起了很高关注。

我们国内唯一一支专注硅基自旋量子比特体系(与澳大利亚Dzurak团队类似)的研究团队，是孵化自中国科学技术大学、由郭光灿院士和郭国平研究员发起创办的“本源量子”团队。他们自然对这一成果非常关注，郭国平也丝毫不吝赞美之词：

“提高目前量子计算的工作温度，同时兼容现有半导体工艺，是实用化量子计算研发的大趋势。”

“本源量子”量子测控总监孔伟成也称，这项成果的取得使得“能够提供相应制冷机的供应商名单起码翻了10倍，并且国内就有，解除了垄断和禁运的风险”。

只需要几千美元、国内就有的制冷机，它不香吗？

在荷兰团队的论文成果中，芯片巨头英特尔也有参与。英特尔研究院量子硬件总监Jim Clarke更是憧憬这一成果给量子计算机商用化带来的想象空间。他说：“硅自旋量子位…，非常类似英特尔已制造超过50年之久的晶体管…，有望赋能商业规模级量子系统。”

类似的评论还有：

“这是一项引人注目的工作”

“硅量子计算又一突破”

“为实现各种本地量子位控制选项铺平了道路”……

但是……

在这么多赞誉之后，我还想说个“但是”。这项成果的确令人印象深刻，但是，在这项成果之后，我们是不是就可以期许量子计算机很快就有望实现了呢？

这个问题的答案，其实不那么肯定。

先说一点，这样的成果由澳大利亚科学家取得，是因为澳大利亚真的在硅基(半导体)量子计算方面投入时间够长、够专注——人家已经专注20年。南方科技大学量子科学与工程研究院副研究员贺煜说，今天，澳大利亚已经成为国际上硅量子计算领先的一支力量。

然而，实用化量子计算机的研制，无论在科学理论和工程技术实现上，都还有非常非常多的难题待解，它不仅考验一支或者几支团队在这个领域投入的韧性和定力，甚至还考验一个国家在量子计算机研发方面顶层设计上的智慧。

实用或通用量子计算机的实现，依然需要大量的投入，前路依然漫漫任重而道远。

连Clarke都说：“新的进步并没有改变我们实现实用量子计算机的时间表。”

像极了被解除封印的孙悟空，还要历经九九八十一难，去西天求取正果。

套用一句，量子计算这只“孙猴子”，只是走出了山洞。图截自电影《西游·降魔篇》

所以你说，量子计算的“极寒”开始“融化”了吗？

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