“量子計(jì)算的極度深寒開始融化�！边@是最近，某媒體關(guān)于《自然》雜志（Nature）同期“背靠背”發(fā)表兩篇有關(guān)“高溫量子”研究成果的報(bào)道中的一句評(píng)價(jià)。這個(gè)評(píng)價(jià)雖說(shuō)不上妙到毫巔，但確實(shí)很值得鑒賞鑒賞。在“鑒賞”之前，先聲明一下，這個(gè)成果很有意思，也很有意義，Nature能夠在同一期刊發(fā)兩篇“相似”的研究成果，也正說(shuō)明了這一點(diǎn)。先別擔(dān)心看不懂，我盡量“說(shuō)人話”把這個(gè)進(jìn)展說(shuō)清楚。好了，我們回到“量子計(jì)算的極寒開始融化”的話題。

此圖將有助于幫助理解本文，截自電影《西游·降魔篇》先說(shuō)“極寒”

Nature4月16日發(fā)表的這兩篇有關(guān)“高溫量子”的文章，的確是有關(guān)對(duì)量子芯片運(yùn)行所需“極寒環(huán)境”進(jìn)行改善方面的，改善的方向也恰好是“升溫”——從原來(lái)的無(wú)限接近絕對(duì)零度，到比絕對(duì)零度高出1．5開爾文。

升高1．5開爾文（K）就是升高1．5攝氏度（℃），K和℃這兩個(gè)單位的計(jì)數(shù)起點(diǎn)不一樣：攝氏度的0度是冰水混合物的溫度，開爾文溫度的零度就是絕對(duì)零度（－273．15℃）。

你可能會(huì)問(wèn)，量子芯片運(yùn)行為什么需要“極寒環(huán)境”？你大可理解為，量子比特非常不穩(wěn)定。到什么程度呢？稍有擾動(dòng)就容易失穩(wěn)，哪怕是我向量子計(jì)算系統(tǒng)里增加幾個(gè)量子比特所產(chǎn)生的熱量，就會(huì)干擾到它們的量子態(tài)，進(jìn)而讓整個(gè)量子計(jì)算系統(tǒng)報(bào)廢。

于是，現(xiàn)在國(guó)際上正在開發(fā)的大多數(shù)量子計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，只能在絕對(duì)零度以上的十分之一度內(nèi)工作，溫度高一點(diǎn)都不行。代價(jià)也很巨大：正所謂“絕對(duì)零度無(wú)法達(dá)到”，要構(gòu)建這種極寒環(huán)境，需要開發(fā)接近極限的制冷技術(shù)。

再直白點(diǎn)，就是需要大把燒錢。要構(gòu)建這樣的制冷機(jī)，動(dòng)輒數(shù)百萬(wàn)美元。你別嫌貴，關(guān)鍵時(shí)刻你有錢都買不到——2019 年 12 月，美國(guó)商務(wù)部的一份內(nèi)部文件提出，“限制向中國(guó)等美國(guó)在量子計(jì)算上的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手出口稀釋制冷機(jī)”，說(shuō)的就是它。再說(shuō)“融化”Nature這兩篇論文的研究成果，就是沖著“極寒”來(lái)的。兩篇論文的兩個(gè)團(tuán)隊(duì)分別來(lái)自澳大利亞新南威爾士大學(xué)和荷蘭代爾夫特理工大學(xué)。兩家相隔這么遠(yuǎn)但用的是同一個(gè)理論方法，為什么？因?yàn)楹商m團(tuán)隊(duì)的領(lǐng)頭人Menno Veldhorst，曾經(jīng)是澳大利亞團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目leader——Andrew Dzurak教授小組的博士后研究員。你可能又有問(wèn)題：那荷蘭團(tuán)隊(duì)算抄襲嗎？明確說(shuō)，不算。因?yàn)樵�理提出跟試�?yàn)驗(yàn)證，本就是物理學(xué)界常有的事兒，當(dāng)初Dzurak提出來(lái)的理論方法，除了自己驗(yàn)證，也允許其他團(tuán)隊(duì)驗(yàn)證。所以兩個(gè)團(tuán)隊(duì)的成果其實(shí)是相互獨(dú)立、相互印證的。再多說(shuō)一句，Dzurak這邊出結(jié)果還是比Menno這邊快了8個(gè)月（試驗(yàn)工作由該組量子實(shí)驗(yàn)科學(xué)家兼工程師楊智寰主導(dǎo)，他是一位華人科學(xué)家），一個(gè)是2019年2月，一個(gè)是2019年10月。

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

我們接著說(shuō)“融化”的事兒。前邊已經(jīng)說(shuō)了，通過(guò)一頓操作猛如虎，兩個(gè)團(tuán)隊(duì)把量子芯片系統(tǒng)可以工作的溫度提高到了1．5K（荷蘭團(tuán)隊(duì)升溫到1．1K），這個(gè)溫度，是原來(lái)所需“極寒”環(huán)境溫度的15倍。