连诺贝尔奖获得者都在大工厂里失去了理想。

2025 年诺贝尔物理学奖获得者 2025 年诺贝尔物理学奖将再次颁发给“量子力学”。量子力学谈论的是微观世界的规律。像电子和原子这样的小东西所做的事情似乎违背了常识。例如，单个粒子可以执行“墙壁穿透技术”并出现在屏障的另一侧。今年的诺贝尔物理学奖获得者给世人带来了肉眼可见的“量子奇异”。获胜者是40年前的“梦之队”。它不是一个由优秀人才共同解决问题的团队，而是“导师+博士后+博士生”的组合。 2025年诺贝尔物理学奖揭晓/新华社彭子阳供图四十年前，43岁的约翰·克拉克、32岁的米歇尔·H·德沃尔和27岁的约翰·M·马蒂尼斯利用超导体制成的电子电路进行了一系列实验，揭示了量子物理如何在宏观上发挥作用目视尺度。量子物理学充满了谜团，但它有许多实际应用。晶体管和半导体芯片是量子技术的成熟应用。 “我们的发现是量子计算的基础……手机能够工作的根本原因之一就是完成这些任务，”克拉克在诺贝尔奖网站的电话采访中说道。量子力学是所有数字技术的基础，但并不是唯一的。诺贝尔委员会表示，三位获奖者的工作为下一代量子技术的发展打开了大门，包括量子密码学、量子计算机和量子传感器。三位获奖者中最著名的是约翰·马蒂尼斯 (John M. Martinis)。他不仅是一位实验物理学家，也是一位注重应用的技术专家。他可谓“物理学家中的工程师”。约翰·M·马蒂尼斯拍摄。自获得博士学位以来，他潜心深耕量子计算领域。进入，展示了谷歌的“量子霸权”。他带领团队在六年内发表了 200 多篇论文，然后离开团队去追求“建造一台量子计算机”这一人生目标。从《穿透量子墙》到《量子比特》 马蒂尼斯在多次采访中都提到过《从零到一》这本书，这本书对他产生了深远的影响。这是一本关于管理哲学的书。其核心思想可概括如下。未来的进步不会是从1复制到多的“横向进步”，而是从0到1创造的“垂直进步”。对于马蒂尼斯来说，量子物理的发现和实践也是一个从0到1的过程。四十年前，马蒂尼斯还是一名博士生，但改变他职业生涯的实验已经初具规模。 27 岁的马蒂尼斯师从克拉克，克拉克是超导体量子特性研究稳定风格的领导者。他目睹了他们对测量的一丝不苟的关注。实验室电缆盘绕整齐，设备标签清晰。他对精确性的痴迷使伯克利的低温实验室成为物理学中最复杂的实验场所。正是在那里，马蒂尼斯遇到了 Michel H. Debore，一位 32 岁的博士后研究员，他喜欢问“如果……怎么办？” – 激发新想法的问题，让你在经历无数次失败后仍能不断尝试。 Michelle Er 摄 H. Devoret-Martinis 负责设备的搭建和调试，直至完全按照实验设计要求投入运行，对工程和技术非常敏感。你的目标看起来很简单。他试图研究宏观系统是否可以像量子系统一样运行。他们的发现令人震惊。量子力学的奇怪之处在于它完全违背了我们的“常识”理解。在微观世界中，粒子可以克服没有足够能量就不可能克服的障碍。这看起来这种“不可能”的现象被科学家称为量子隧道效应，它允许电子和原子等微小粒子“突破墙壁”并出现在屏障的另一侧。然而，当量子尺度膨胀到一定值时，穿墙术就会失效，在宏观世界中它就变得像网球一样，撞到墙壁时会受到阻力并弹起。量子力学中的隧道效应 在实验室里，约翰·克拉克（John Clark）、米歇尔·德沃尔（Michel Devore）和约翰·马蒂尼斯（John Martinis）所取得的突破就是将这种“量子穿墙”变成了可以观察到的现象。rvar一目了然。他的实验揭示了尺寸约1厘米的芯片上的超导电路就像“巨型原子”，他还展示了量子力学最奇怪的特性：能量量子化和量子隧道效应。由数十亿个库珀对（注：在某些条件下配对的两个电子）组成的超导电路可以协同工作以“调谐”l”从一种能态到另一种能态，在不应该存在的地方产生电压。就好像电路穿过一堵看不见的墙。在普通导体中，电子相互碰撞并与导电材料碰撞。当材料变成超导体时，电子成对组合形成库珀对，产生没有电阻的电流。库珀对的行为就像单个粒子并充满整个电路。“这表明量子世界的奇怪行为 理论物理学家安东尼·莱格特（Anthony Leggett）说：“在规模上不会消失。”这个想法彻底改变了量子研究，将量子物理规则从微观世界转移到宏观世界的电路和布线。这不仅打破了微观和宏观之间的界限，还为量子计算机的发展奠定了基础。科学家可以利用它发明“人造原子”作为量子器件的原型， 可以操纵能量和过程信息信息化。马蒂尼斯后来利用这一原理创建了量子计算机的基本单元“超导量子位”，为“下一代数字技术”的发展铺平了道路。加入谷歌、展示“量子霸权”、获得诺贝尔物理学奖并不是马蒂尼斯一生的唯一亮点。在此之前，他最出名的身份是谷歌量子计算机的研发团队负责人。 2014年，他带领团队加入谷歌量子人工智能研究所，开始研发量子计算机。 2019年，Martinis团队成功研发了一款名为Sycamore的量子处理器，并发表了一篇开创性论文，宣布Sycamore在大约200秒内完成了经典超级计算机需要1万年才能完成的任务（实际上无法在合理的时间内完成），从而实现了“量子霸权”。 Sycamore 量子处理器 量子霸权是理论物理学家 Joh 提出的主张n 预技能。这是一台量子计算机，这意味着该计算机的性能远远优于传统计算机，对于某些任务甚至可以超越传统超级计算机。简而言之，它是为了证明量子机器可以做经典机器不能做的事情。这一消息不仅震惊了刚刚起步的量子计算行业，也震惊了整个科学界。许多人预计实现“量子霸权”需要数年甚至数十年的时间。尽管“量子霸权”一词招致了IBM等竞争对手的批评，IBM声称谷歌可以在更短的时间内完成其优化算法，并认为其夸大了传统计算机模拟任务所需的时间，但Martinis团队的实验仍然被认为是量子计算从理论到工程实践演变的里程碑。然而，“量子霸权”任务必须专门设计，而不是直接解决具有实用价值的问题。主要特点是“概念验证”，展示了量子技术原理的可行性和量子计算的巨大潜力。对此并不满意，马蒂尼斯正在建造一台能够真正帮助人类的量子计算机。他知道实用的量子计算机可能是该行业成功的关键。谷歌量子计算机示意图“当我进行基础研究时，我发现知道我最终需要构建一个应用程序、一个设备或一个系统非常有用。对我来说，这是一个自然的过程，从最基本的问题开始并真正思考它：我需要知道什么才能真正发挥作用？”马蒂尼斯在接受采访时说道。他补充说，量子计算机实际上有很多实际应用。量子计算机的一项实际用途是帮助研究人员更好地理解化学，这可能会导致从医学到材料科学等领域的新进展。 “我你理查德·费曼 (Richard Feynman) 的滑稽动作是：“它使得绘制分子中电子通过原子相互作用的物理过程成为可能。这是一个可以利用量子计算机的力量来解决的经典问题。” 1965 年诺贝尔物理学奖获得者理查德·费曼 (Richard Feynman) 认为，量子计算机还有潜力帮助研究可持续发展 能源技术，例如电池。高效。 “更好的电池可以彻底改变全球经济。”或者优化飞机航线或资源航线。 “即使是比当前解决方案好 5% 或 10% 的解决方案，也可以为公司节省大量资金和成本。这非常有趣，值得探索。”他乐观地认为，量子计算最终将惠及越来越多的人，量子技术可以被各种公司商业化，而不仅仅是大型科技公司。“我的希望和我的梦想是如果我们能够建造量子计算机，我们就可以真正开始解决这些实际问题。 “我们在某种程度上知道这应该是可能的，”他说。离开谷歌引发现实主义者分歧 当谷歌宣布实现量子霸权时，谷歌总裁桑达尔·皮查伊引用了马蒂尼斯的话说，并将这一历史性壮举与莱特兄弟的首次试飞进行了比较。仅仅六个月后，马蒂尼斯突然从谷歌辞职。在此期间，马蒂尼斯被免去领导职务并降职为顾问，马蒂尼斯最终离开了谷歌。他向媒体解释了自己的复杂处境以及最终决定辞职的原因。他透露，他领导的硬件团队内部多年来一直存在紧张关系。起点是他们提出量子霸权实验的时候。马蒂尼斯的个人研究风格专注于重要问题，并认为量子霸权实验是一个具有挑战性但仍然可能的里程碑。但是团队很难集中注意力。马蒂尼斯 vs. 谷歌实验室：“我认为团队成员很难专注于量子霸权，因为这会剥夺他们想做的其他事情。”因为这意味着你不能。最重要的是我们可能会失败。马蒂尼斯谈到团队内部的分歧和冲突时说：“很难找到完全乐观的人。我绝对想创造一台具有特定设计的量子计算机。让我们专注于此并让它发挥作用。我认为我在物理学上的成功归功于这个特性。”一旦实现了量子霸权，就不那么集中了，自然每个人都会想要更多的独立性……看到大家的紧张，他们（团队）和管理层认为我最好不要再领导这个项目了。马蒂尼斯曾担任过一段时间的顾问，在fieldpo上也能胜任，但到了连接量子比特系统的时候，不愉快的分歧又出现了。在这里，设计成T型关键是它具有可扩展性和盈利能力，而马蒂尼斯面临着“没有实验经验的理论家”。马蒂尼斯指出，对方的解决方案并不奏效，但对方并不打算放弃。他联系了他的管理团队哈特·穆特（Hart Mutter），并希望放弃这个似乎无望的项目，但他没有得到支持，哈特·穆特（Hart Mutter）想继续另外两个项目。 Hartmut “这一年的过程对我来说非常不愉快。我无法忍受，因为我长期以来一直在做出有关硬件的决定。我认为我知道如何让技术朝着明确的方向发展。”马蒂尼斯承认：“这很伤心，因为我真的以为我们可以一起做一些伟大的事情。但事情并不总是按照你想要的方式发展。”随后，Martinis 离开了 Google，移居澳大利亚并加入了量子计算初创公司 SQC。当时，SQC 专注于扩展其技术平台和推进商用量子计算机，这正是马蒂尼斯在谷歌想要做的事情。 “我选择来到SQC，因为他们看重原子尺度上独特的制造方法。世界上没有其他人能够达到他的能力。Martinisnis教授解释了他的选择：“建造一台量子计算机是我一生的梦想。如果我们成功建造出一台大型量子计算机，那将是一项具有巨大影响、对人类产生深远影响的变革性成就。 “马蒂尼斯离开量子计算初创公司SQC团队，并不是一个失败的故事，而是一个新的篇章，实验物理学家和工程师找到了利用自己的才能继续完成科学使命的方法。10月8日，接到诺贝尔奖组委会的电话后，马蒂尼斯回忆起40年前的情景，当时他、克拉克和德博雷托曾经互相激励，为彼此的目标做出贡献。 他说，量子计算机充满挑战，但他喜欢研究追求明确的目标。思考我们应该做什么以及应该与谁合作来构建商业上可行的量子计算机的过程。在电话会议结束时，马蒂尼斯描述了他在“量子计算”领域的职业发展。无论是40年前为他赢得诺贝尔奖的研究，加入谷歌领导一个团队实验测试“量子霸权”，还是让谷歌继续建造量子计算机，这实际上都是在正确的时间、在正确的地点（公司）、与正确的人一起工作、使用正确的技术。作者 |石晶晶编辑|向贤 主编 |张来排版|杜哲
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