John Martinis: 诺贝尔物理学奖得主约翰·马蒂尼斯谈量子领域现状
Nobel Prize in Physics Winner: John Martinis on the State of Quantum
Guests: John Martinis
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欢迎收看。我非常兴奋能为本周的诺贝尔奖得主、2025年诺贝尔物理学奖获得者做这期All-In访谈。约翰·马蒂尼斯，约翰，欢迎来到All-In访谈。好的，谢谢邀请。我对这次谈话很兴奋，也很乐意向大家解释这个奖到底是怎么回事。好了，兄弟们，我觉得这又是一场史诗级的讨论。大家都很喜欢这次访谈。我能听他讲上好几个小时。绝对的。我们把你的问题全搞定了。
承认吧。我们给大家提供第一手的真实数据，来支撑你自己的观点。你要说什么？真好玩。我全情投入了。嗯，诺贝尔奖是最负盛名的荣誉，尤其是物理学奖，我认为是能授予的最高荣誉。你已经载入史册了。
接下来你会有一场非常精彩的颁奖典礼。也许我们可以回到你经历的起点。我很想听听，你是在哪里长大的？你是怎么开始对物理感兴趣的？嗯，我在加州圣佩德罗长大，一直在那里生活。我父亲是消防员，母亲在家照顾我们。这些年来，我一直对科学和技术感兴趣。
我想说其中一点是，我爸爸其实没有高中学历，但他是个非常聪明的人。他总是在车库里造东西，做各种项目。所以我从小就知道怎么动手做东西，这也让你了解事物是如何运作的，一种经验性的、实践性的视角来看物理如何运作。所以我在高中上物理课时真的非常喜欢，因为它背后有数学和概念，对我来说完全讲得通。我就真的爱上了这门学科。然后我去了加州大学伯克利分校，在那里成绩不错，也非常享受。然后在伯克利的大四，我上了约翰·克拉克的一门课，他后来成了我的导师，
我了解到他在做什么。他当时刚开始研究量子力学和电子器件这方面的东西。我觉得这听起来很有意思。我想，我大概能看出某件事什么时候可能会成气候。于是我开始跟他做研究生阶段的工作。你研究生也是在伯克利读的，对吧？我在伯克利读的研究生，这本来是不被提倡的。我本科最初在加州大学伯克利分校读物理和数学。
好的。我后来换了专业，最终拿的是天体物理学学位。有一门高年级数学课让我彻底不想以数学为专业了。证明实在太多了，快把我逼疯了。对，对。物理一直都很令人兴奋，但我喜欢在天体物理实验室工作，而且我其实在劳伦斯伯克利实验室工作过。
哦，好的，是的。但后来你留在伯克利读了研究生，对吧？是的，留在伯克利读研究生。我们在读研几年后开始了这个项目，具体日期我忘了。有意思的是，这其实是安东尼·莱格特教授提出的一个问题，他因为氦-3物理获得了诺贝尔奖，我想是在2003年。
是超流体方面的工作吗？超流氦-3，对，没错。所以他证明了，如果把氦-3冷却到足够低的温度，它在物理性质以及运动和运作方式上几乎会出现某种新的特性？嗯，它具有这种超流行为，但由于氦-3的原子核更复杂，它的行为也非常复杂。这一现象已经被发现了，人们花了一段时间去弄清楚。而他帮助建立了相关理论。
所以他非常有名，是个非常非常聪明的人。虽然他因为那项工作获得了诺贝尔奖，好吧，现在做氦-3物理的人并不多，但就引出我们实验的那个问题而言，好的，那是一个巨大的领域。这个问题是：宏观物体会表现出量子力学行为吗？好的，宏观物体可能是一个小球。在我们的情况下，它是一个电路，里面有数十亿个电子、数十亿个原子，问题是，比如说这个球的集体运动，是不是量子力学的。你想想把球扔向墙，它会弹回来。
但如果你把墙做得足够薄，把球做得足够轻，由于量子力学定律，它偶尔就会隧穿过去。所以……等一下。我们在这里先停一下。我觉得这真的值得花点时间讲讲。好，很好。所以当我们谈到量子力学，谈到原子尺度上粒子的相对位置、能量或运动，像原子那么小或者比原子更小的时候，
我们必须用某种概率来描述东西会在哪里。这正是20世纪初对量子力学的重大认识，对吧？也就是说，事物处在它所在的位置、以它的方式运动，都是有概率的。它不像我们扔来扔去的球那样是确定性的。当东西变得非常非常小时，一切都变得非常模糊，很难知道东西到底是什么样。所以你抓住了这里的关键思想，也许是无意的，但它非常重要。量子力学是为小东西发展出来的理论，比如电子、原子，这些构成物质的基本成分，但都非常小。如果你拿一个
原子来说，它由电子和原子核组成。按经典理论，它们相互吸引，会直接结合在一起。那么原子基本上就没有大小了。为什么原子有大小？好的。这是那些奇怪的事情之一。原因是原子并不是一个点粒子。我以前常跟我的孩子们说，电子是模糊的，好吗？在量子力学里，它有某种波函数，是延展开的。你可以认为电子同时环绕在原子核周围。所以这是一种非常奇怪的行为，但发生在小东西上。当然，这对原子如何运作以及我们如何描述自然非常重要。所以量子力学最终成了一个人们说非常反直觉的领域，就
理解小粒子在哪里、具有什么能量、向哪里运动而言。基本上我们最终认识到，必须使用这些函数。它不是一个单独的点，而是一个分布，是一大堆位置。原子可能在哪里、电子可能在哪里，都有一个概率。它可能运动得多快也是一个概率，所有这些都变成了概率函数。而你为此发展出一套数学理论，你得读到大学三年级才真正掌握足够的数学去理解它。但基本上，这些形成的是波，电子的波。所以你在原子核周围有一种波，也就是电子，描述电子是什么样的。
这些有点像驻波。就像拨动琴弦，不同长度的弦、不同张力的弦会发出不同的音。原子周围电子的这些振动可以以不同的频率振动。所以与其把电子想象成沿着预先设定的路径绕原子运动、我能在任何时刻知道它在哪里，正确的思考方式是：原子周围的电子处于一种波中，有一个波描述了它大概在哪里、在做什么。
有电子，也有吸引它的质子。所以整个波动理论把这两者结合起来，给出原子如何运作的描述，而且是相当精确的描述。所以，微观尺度上一切都由波函数描述，这一事实带来的另一个特征是，有很小的概率会发生某种极端或非同寻常的事情，比如一个例子是斯蒂芬·霍金
发现，在太空中可以凭空出现一个粒子和一个反粒子，反粒子进入黑洞，粒子飞走，这种情况发生的概率非常低，但发生的次数足够多，反粒子实际上开始消去黑洞的一部分，
这就是黑洞蒸发的方式，这个理论，还有所有这些有趣的东西。但你能告诉我们什么是量子隧穿吗？这是量子力学的另一个特征，源于这些东西某种程度上是波和概率函数。是的，如果有一个电子在空间中运动，比如说撞上一堵墙，它有一个小小的波包，有波函数。所以它不是一个单一的粒子。
它有一定的延展。发生的情况是，当这个粒子撞上墙时，量子力学说，这个波函数会有一部分、很小一部分，或者如果你愿意这么说，粒子会穿过墙到达另一侧。大多数时候它会弹回来，但偶尔它会穿过去。这在日常设备中都能看到。如果你构建非常小的存储电路，就必须担心电子隧穿以及电荷从电容器漏掉。有些磁存储器就依赖这些隧道结。所以这是一个非常有名的现象。如果你把这个势垒、这个绝缘体做到只有10到20个原子厚，那就薄到足以让它穿过去。
穿过去。所以这就是它如此有趣的地方。你实际上可以预测有多少电子可能隧穿过这样一个势垒，也就是所谓的绝缘势垒，到达另一侧，想想真的很疯狂。就像穿墙而过一样，对吧？我是说，像粒子那样。是的，就是这个意思。所以回到你刚才讲的故事，你在读研究生。对。然后莱格特提出了这个想法。现在我们已经大致了解了一些基础，也许你可以再多讲讲当时讨论的内容，也就是把视角放大一些，不只是想着这一切发生在微观尺度上，它有没有可能在更大的尺度上发生？
是的。再说一次，我们一直在把量子力学当作这种微观原子尺度上的自然物理来谈。但问题是，如果你做一个宏观物体，它是否也遵循量子力学？好的，这就是基本问题。结果发现，有一个非常自然的系统可以研究：研究一个电学系统，在电学系统中寻找量子力学，也就是本质上一个电振荡器的电流和电压，它的行为是像经典物理，还是带有这种量子力学的性质，这就是
问题所在。结果发现，当你思考量子力学时，会想到，好，有量子行为，但在某个时刻你必须测量它，这就把它变成了一个概率。有一个叫薛定谔的猫的悖论，在这个悖论里，有一个放射性衰变，你让它持续比如说半个放射性衰变时间，然后你有一个衰变探测器，还有一瓶会杀死猫的氰化物。然后你问，过了一段时间后，猫是不是处在既死又活的状态。好的。物理学家们，这是个好问题。爱因斯坦提出过，或者说薛定谔提出过。很多
人都讨论过。但莱格特指出，这之所以是一个悖论，是因为你可以相信像猫这样的宏观物体能够处于量子叠加态。而事实上，当时没有实验证据表明这种情况能够发生。这就是他的观点。所以他说，人们应该去检验这一点，看看它是不是真的。而作为一个刚学了量子力学的年轻研究生，我觉得，哦，这真是个非常好的问题。这是我们应该去尝试的事情。我们应该在他建议的系统上做一个实验，去寻找量子力学。最初的提议是寻找隧穿。后来发现不止于此，但最初是寻找
隧穿。我换个方式来描述一下。宏观系统可以是我的整个身体，我能穿墙而过吗？没错。而我所有的原子在完美的时刻、处于完美的位置、能够穿过墙的概率是如此之低，在这个宇宙或其他许多宇宙里都永远不会发生。这就是问题所在：大多数宏观物体，当你试图考虑它们的量子力学时，这种事不会发生。
好的。所以单个电子越过势垒有很小的概率。但许多电子同时越过的概率会越来越低，这使得在大尺度上很难看到它。而如果你研究一个电路，参数就会变得有利于看到这种宏观行为。好吧，要把这一切的物理都讲清楚很难。但基本上是因为你可以做出一个工作在微波频率的电路。所以不是你每秒尝试穿墙一次，
而是它每秒尝试穿墙五十亿次。所以你就有多得多的机会穿过去。另一点是，量子力学中涉及的各种参数都有利于看到这类现象。你必须把实验做对，但条件是有利的。所以你实验的一部分是制作了所谓的约瑟夫森结，对吗？就是两个超导体之间夹着一个势垒，对吧？
我大概12岁的时候就对超导体非常着迷。我去买了一个超导圆片，钇钡铜氧化物。哦，对对，没错。从《大众科学》杂志的封底广告上买的。然后我去加州大学洛杉矶分校弄了一罐液氮。由于迈斯纳效应，我让一块磁铁悬浮在圆片上方。我把它拿到了科学展上。那一年我在科学展上表现很好，因为我展示了这个非常酷的东西。
那是哪一年？是刚发现的时候吗？应该是91、92年。好的，是的，那离得够近，挺好。是的，难的是弄到液氮。对。我有个朋友，他爸爸好像是加州大学洛杉矶分校的医生之类的。所以他能为我们的演示弄到液氮。
对。是的，那是最难的部分。好的。我一直对超导体的物理很着迷。也许你可以解释一下超导体在电阻和电流方面的一个重要特性，然后我们可以谈谈你的实验。所以，当一种材料变成超导态时，所有电子都凝聚到一个态中。好吗？
我给你打个比方，它不是完美的比方，但比较接近。如果你有一块普通金属，任何我们在室温下的金属，它就像电子气体。就像空气中的气体。然后当你降到超导温度以下……抱歉，我觉得我们应该解释一下。当你有一块金属时，所有电子都在四处运动，处于扰动状态。它们有不同的能量、不同的状态。没错。
它们有不同的能量、不同的状态。有一些费米统计，这里不展开，但它多多少少看起来像气体。你可以想象一种气体。然后当你把它冷却到某个温度以下，它就会凝聚成，比如说，像原子那样的固体。电子会凝聚成某种东西，库珀对、BCS凝聚体，这是它的名字，所有电子都锁定在一起，做着同样的事情。好的地方在于，它们并不是被冻结在原地，而是有一个自由参数，允许所有电流、所有电子
朝某个方向流动，这就是超电流。在超导体中，也就是一种被冷却到足以达到其超导临界温度的材料中，对吧？所以突然间，所有电子仍然可以运动，仍然可以形成电流，但它们都处于同一个状态。但它们是一起运动的，就像我的比方里那样，像在固体中而不是在气体中。而且因为它们一起运动，好的，当你把所有物理推导一遍，它们不会随机地被东西散射。
它们只是一起运动。于是你得到超电流，比如，如果你用超导体做一个环，电流基本上会永远绕着环流动。这就是你在悬浮磁铁上看到的。对。太有意思了。我一直在想，显然也有公司围绕这个想法成立，想做一种无限电池，理论上可以永远储存电能，因为如果是超导的，电子
就只是在里面绕着走。它们可以永远绕着那个电路转，永不停止。人们确实会用大型超导磁体来储存能量。当你做核磁共振（MRI）时，你就在一台装有液氦、带超导磁体的机器里，他们给它充上电，那个磁场基本上就一直在那里，等着人进去。待在这个超冷的磁体里面感觉有点奇怪。但它们设计得非常好，运行得很好。所以这个约瑟夫森结是两个超导体，分别位于你制造的一个势垒两侧，
一个绝缘势垒。然后也许你可以解释一下这个实验以及你们测量了什么。这些都是你在读研究生时做的，对吧？是的，是的。这个约瑟夫森结，因为库珀对必须隧穿过去，但它们是一起隧穿、没有任何损耗的，所以它实际上在电路中形成了所谓的电感器。电感器通常是一圈线圈，以磁场形式储存能量。而在这里，它储存的是隧穿过去的电子的能量。
我们称之为动能电感，它就是在这里产生的。但它形成的是一种非线性电感，再加上电路中的一个电容器，就形成了一个电感-电容谐振电路，就像你的收音机里有LC谐振电路构成的滤波器来过滤信号之类的。所以这是一种非常常见的微波和射频元件，人们一直用它来构建电路。我想简化一下：你有两个超导体，被这个势垒隔开。有一些隧穿发生，其中一些电子实际上穿过势垒到达另一侧。然后，当你改变温度时，你可以有效地测量所有这些不同的变化。你们当时
在你们搭建的电路中施加不同的电压状态。你们看到的、测量到的、证明了的，是出现了这些非常离散或特定的变化，基本上证明了量子力学在大尺度上成立。没错。所以这个电感-电容谐振器，你可以把它当作有电荷和电流通过的东西来处理。但因为是量子力学，它有波函数，所以这些量存在一些不确定性。然后，鉴于这个简单电路的工作方式，你就可以证明量子力学，其中之一是隧穿，这在这里有点难描述，但你可以看到隧穿。但我认为
稍微容易一点的，也许更容易理解的，是看它的能级。我来解释一下。当人们发现原子物理并开始做这方面研究时，他们激发某种气体。从这种气体发出的光会处于某些特定颜色的频率上。所以如果你出门看到钠灯亮着，就是那种黄色的灯，那盏灯发出的基本上是单一频率的光。或者现在你看LED，也会发出某些特定频率的光。这是一种量子力学效应，取决于电子如何绕原子运动。它们只会以某些特定的频率振荡。而按照经典理论，你会预期出现所有
不同的频率，螺旋绕行或者螺旋落入原子核。这是你预期的。但我们看到了这些离散的频率。所以通过测量这些离散频率，你们就证明了量子力学在宏观尺度上发生。没错。然后你们发表了这项工作。你们发表时引起了很多关注吗？那是在1985、86年。是的，85或8……我其实记不清了，85或86年。那么当时这项工作受到很多关注吗？是的。这是一个大问题，人们都想弄明白。
我们把它发表在《物理评论快报》上，引起了很多关注。我记得《科学美国人》上还有一篇小文章报道了这件事，我们为此非常自豪。是的，写的就是这个。所以，是的，这在当时算是件大事。那之后你接着做了什么？当时这被认为是开创性的、能获诺贝尔奖的工作吗？这项成果出来时，情况是怎样的？
是的。所以，这是一项重要的工作，人们也注意到了。但我们证明了量子力学成立，而且量子力学在宏观尺度上也成立，这很好。但人们仍然可以质疑：这有什么用？你要拿它做什么？事实上，一项重要科学突破的秘诀在于，它是否能引出其他实验、其他论文、其他发明之类的，而这花了好几十年才发生，因为它太新了，人们必须去做这些工作。所以我会说，它在
当时是值得关注的，但未必是能获诺贝尔奖的东西，因为它有点怪，有点偏，而且你要拿它做什么呢？但当时发生的事情非常有意思。在我论文快结束时，加州大学圣塔芭芭拉分校有一个会议，那是我第一次来这里。他们在讨论这个实验。但最后一天的最后一个报告是理查德·费曼做的，非常著名的物理学家。当然，最伟大的那位，是的。伟大的，对，没错。
我有点把他当偶像，读过他的书之类的。他讲的是用量子力学做计算，也就是构建量子计算机。他做了一个非常令人惊叹的报告。老实说，作为学生，我没有完全听懂所有内容。我亲爱的朋友米歇尔·德沃雷说，是啊，可能有些东西在当时还没有完全想清楚。但报告结束后，他被提问的人团团围住，因为
想想把这个基本定律拿来真正做计算，实在太有意思了。对。我当时是研究生，所以我在外圈，教授们在里面围得近之类的。我只是个卑微的研究生，所以只能听到一点点。嗯，我从中学到的是，这是一个很好的问题，是值得作为毕生事业去做的事情，因为它如此深刻、如此有趣，也许还很实用之类的。所以这真的
激励了我。是的。所以那个宏大的想法就是利用量子力学以及量子力学的这些性质来做计算。是的，没错。我会说，在那之后不久，这个领域的其他人把它做得更具体一些，展示了你会如何去做。然后到了1990年代初，大概五年后，彼得·肖尔提出了这个因数分解算法，用它来解决一个现实世界的问题。是的。
人们花了一段时间才弄明白。它非常抽象，人们不知道该怎么做。但就像我说的，从围着费曼提问的人群中我就能看出，这是最有意思、最根本的问题：如何把量子力学和计算结合起来。这真的很了不起。所以你基本上开始把这当作你的毕生事业。
你接着有了一段非常出色的职业生涯。是的。我的职业路径是，当然，量子计算正在发展，而我花了一段时间才真正全情投入其中，好吗？是的。事情是这样的，米歇尔·德沃雷来自法国，来自法国原子能委员会（CEA），他去了伯克利，后来又回去了。我作为博士后去了那里，和他们一起工作。他们当时还年轻、知名度不高，人们会说，你要去欧洲，就不会和美国科学界保持联系了。但我了解米歇尔、丹尼尔·埃斯特夫和克里斯蒂安·乌尔比纳，也就是我要与之共事的这些人，他们
都绝对才华横溢，好吗？他们的职业生涯也非常辉煌。所以我去了那里，因为我知道那很棒。我们继续做这方面的实验。之后，我回到美国，在美国国家标准与技术研究院工作。结果就在戴夫·瓦恩兰和他的团队隔壁，他后来因为原子物理、因为做量子计算获得了诺贝尔奖。我做了一些
计数电子的实验，从事计量方面的工作，然后又做了其他实验。然后在90年代末，我再次全情投入到构建量子计算机中。那时有资金可用。理论上已经取得了足够的进展，美国政府开始资助这方面的研究，看看人们能不能做出来。然后在2014年之后的几年，我想你去了谷歌在圣塔芭芭拉的量子实验室，对吗？我在加州大学圣塔芭芭拉分校待了大约10年，非常美好，把实验室从做非常基础的东西发展到构建五比特、后来九比特的量子计算机。在那段时间里，谷歌产生了兴趣。我当时认为，虽然
学术界很好，但要把团队组建起来并长期维持在一起来构建这台复杂的机器会很难。而谷歌有钱，好吗？是的。所以我们去了那里，起初规模相当小，大多是来自我在加州大学圣塔芭芭拉分校团队的人。然后在2019年，我们发表了这个用53个量子比特完成的量子霸权实验，我们做出了很多量子比特，而且把它们做得非常好、非常快之类的，这样我们就能运行某种算法，一种数学算法，产生的输出在经典计算机上模拟要花长得多得多的时间。它并不实用，但它展示了量子计算机的能力。
证明它能行。那么，也许你可以描述一下什么是量子比特，也许我们可以联系起来：我们如何用量子比特构建这些量子计算机，与约瑟夫森结以及你早期做的、最终让你获奖的工作有什么关系？很简单，我们有一根金属线和另一根金属线，在这个约瑟夫森结上连接在一起，它代表一个电感，电流从这里流过。然后在这根线和那根线之间，我们有一个电容器。然后我们把它设置成以大约5吉赫兹振荡，也就是手机的频率，
来构成量子比特。好的，就是这个振荡的东西。然后在低温下，超导体，所有这些神奇之处，我们就能从中得到量子力学行为。然后你可以测量这种量子力学行为，形成一种表示，并用它来运行你的计算电路。没错。你可以施加微波脉冲来改变量子计算机的状态，
改变它振荡的方式，然后我们把它连接到一个复杂的读出电路上，最终弄清楚它处于什么状态。好的，然后你把这些连接成一个阵列，只是用电容耦合把一根线和下一根线耦合在一起，实际情况比这更复杂，但这能让你有个很好的概念。然后，为了理解你获得诺贝尔奖的这项证明了这种宏观尺度量子力学现象的工作，它是否是量子比特和电路设计的一部分，它是否为那项设计工作提供了依据，或者说解释了它？是的，那是最基础、最简单的电路。我们当时使用的是模拟仿真器，
甚至还不是……我用计算机采集数据，但那是很久以前了，非常初级。然后这些年来，整个领域、很多很多人的设计变得越来越精巧。我们得以把东西组合起来，真正构建出一台计算机。我想说，从诺贝尔奖的角度看，它之所以有意思，在于它带来了什么。而它现在带来的是，全世界有一千、也许几千人在做研究来构建这种超导量子计算机。它变成了一个巨大的领域，大量的论文，大量的人员，有人在卖量子计算机，IBM在卖量子计算机，还有人在卖
……在量子计算机上投入时间，而且它确实是一个有用的想法，正是这一点引出并成形了所有这些不同的实验构想，很多很多人都为此做出了贡献。我是说，这非常有意思。我觉得这里有一个宽泛的问题或者说观察：有时候，好奇的头脑会带来研究，研究又带来一系列发现，而这些发现对建立一个产业领域所产生的作用或影响，要到 40 年后才完全显现出来。比如现在，大家都觉得量子计算正处在真正实现人们在理论上谈论了几十年的那些东西的边缘，看起来已经非常接近了。是的，这个我可以谈谈。不过我想说，你知道，在这个领域里，关于如何
构建量子计算机，人们已经提出了许多其他想法。这是一个非常激动人心的领域，规模也相当大。而且我想说，其中的科学也非常非常深。要让这些东西运转起来，你必须发明很多不同的器件。你得考虑材料，你得把它制造出来，还要搭建复杂的控制系统。工程和物理在我看来是相当美的。顺便说一点我自己的情况：你知道，我是从小动手做东西长大的。作为实验物理学家，我喜欢制造仪器，喜欢搭建实验来证明这些。对我来说这差不多是理想的项目，因为从很早开始，想法就是：好，我们来做这些了不起的物理，同时也来造点东西。而通过追问“我们需要做什么
才能造出一台量子计算机？”，我就知道了我们需要检验哪些物理、需要制造哪类东西。我的思维方式就是这样的。我更偏重实际。所以这是一个非常适合我进入的领域。也正是这一点凭直觉引导我在研究生阶段想做这个方向。我觉得，要让它真正运转起来所需要的工程和技术工作量，实在太令人着迷了。那么今天量子计算发展到哪一步了？现状如何？我们什么时候才能拥有，姑且称之为普遍可用、普遍有用的量子计算机，能够做到大家
几十年来一直谈论的、量子计算能做到的那些惊人的事情？没错。目前，超导路线大约是 50 或 100 个量子比特，但它们可以被完全控制，能运行真正的算法，做非常复杂的事情。还有很多其他系统也能做到这一点。我认为新加入的一方看起来不错，那就是中性原子，他们已经造出了大规模的中性原子系统，但仍在努力把门操作控制得非常好之类的。不过现在的情况是，我们可以在上面运行真正的算法，人们也有想要运行的想法。
但由于这些量子比特并不完美——它是一个模拟控制系统。从根本上说，这些量子比特带有一点误差，带有一点噪声。你只能运行一定复杂度以内的项目。它足以用来写科学论文、尝试验证一些想法。时不时会有人说他们做到了某件很难计算的事。嗯，那没问题。但它们的规模还不够大，还不足以真正有用。它们必须变得更大，也必须变得更好，噪声更少。你对时间线有什么看法吗？这是每个人都在猜测的问题，而且炒作一直多于现实。是的，炒作多于现实。
这很难说。我以前不愿意对此做推测。但自从我创办了一家公司，我就可以谈谈了。我们想做的——这也是许多其他团队的时间线——是在比如说未来八到十年左右做成某件事。但问题是，你知道，人们预测“十年”已经预测了好一阵子了。所以，好吧，我们必须做到。但我可以告诉你我们正在做的事：我们已经找出了当前制造工艺、当前构建量子计算机方式中的主要技术瓶颈。我们就此写了一些论文。
我们正在与半导体行业的人合作，以一种成本效益更高、质量更好的方式来制造它，就像制造 GPU 之类东西的方式那样。我们认为，等我们把这件事做成，就能非常迅速地扩大规模。所以，比如说在一个“10,000. 年”（原文转录如此）左右的时间尺度上。在许多技术难度很高的领域，比如聚变能源，或许甚至包括量子计算，人们正看到，由于 AI，在实现那些疯狂的
宏大目标、推进这些非常庞大的技术项目方面出现了深刻的加速。AI 是否开始在解决量子计算历史上遇到的一些工程、材料科学、规模化和噪声问题方面发挥作用？你认为由于 AI，性能提升是否正在加速？可能在我这个具体方面，有些事情我们或许可以做建模之类的。我们也认为，我们可以把量子计算机和 AI 结合起来，更好地解决问题。这就是我们理论团队提出的方案。
我以前在 Google Quantum AI 工作过。他们提出的也是这个。所以大家普遍有这种看法。不过我个人的观点是，就控制而言，如果你没有把系统造得足够干净，控制也不够清晰，你就无法从中获得出色的性能。所以在这一点上我有点老派，一直在按那种方式来构建。当然有一些环节可以用 AI，比如纠错的解码电路之类的。但有一点要跟你说明，你知道，这些量子比特
天生噪声就很大。对于较差的量子比特，你有时也许能做 100 次操作，也许一千次，也许几千次操作，然后它们就会差不多失去记忆。你可以把它想象成动态 RAM，需要不断刷新。而你得用纠错来刷新它。正因如此，要做到通用并解决真正困难的问题，你说的是百万量子比特级别的量子计算机。可能是一百万。一百万是一个不错的整数，也许还要多一点。而现在我们大约在一百个，或者比这多一点。所以我们还有很长的路要走。
你如何看待中国以及他们在这项技术上相对于美国取得的进展？这是每个领域——产业领域、计算科学——当下的热门话题：中国与美国相比处于什么位置，两者的比较，大家都在担心中国相对于美国的进展以及这意味着什么。我可以谈谈我自己的领域。当我读到那些复现我们在 Google 所做的量子霸权实验的论文时，你知道，他们很清楚自己在做什么。我是说，他们梳理了理论，进行了讨论。很多内容和我们做的非常相似，但他们确实很清楚自己在做什么，
而且他们正在取得很好的结果。让我有点担心的是，你知道，去年十二月，Google 团队发表了最新成果，那确实好得多，他们取得了实实在在的进步。但之后不久，中国就发表了一些东西，大致表明他们已经与之持平或接近持平之类的。我担心的是，中国政府在说：在西方媒体发表之前，你们什么都不能发表；等西方发表了，你们才可以发表，那时它已经公开了，可以谈论了。我听到的正是这样。是的。所以，你知道，
我对此有点担忧。现在，我们公司在做的是新一代的器件制造工艺。在我的研究中，我认为，1985 年最初那些论文用的是简单的制造工艺。然后在 2000 年左右，我们有了更精密的制造工艺。再到量子霸权实验时，我们做了更复杂的东西，其他团队也是。而我们希望在制造工艺上实现一次类似的跨越。
有意思的是，我们将使用应用材料公司（Applied Materials）及其现代制造工艺，这些工艺用在 300 毫米设备上，你知道，比如在中国是拿不到的，用于 CMOS 的话是可以拿到的。然后他们在开发、我们也在开发标准工艺，但采用新的配方和新的组合方式。我们认为这样做可以实现一次巨大的跨越式发展，从而更快抵达目标，并且以一种能保住我们领先地位的方式抵达。我们还在做其他事情，这只是其中一小部分。但你知道，我们认为有办法真正引领这个领域。我们很高兴，我们有很好的产业合作伙伴：应用材料、Synopsys
设计工具、慧与（Hewlett Packard Enterprise），还有一些做理论工作的初创公司。所以我们有一个很好的联盟，我们想利用所有这些工程知识和专长来实现这个目标。这周你得知自己获得诺贝尔奖时在哪里？你有多惊讶？因为这是一项历时 40 年的研究工作。之前有没有人给你打过电话，或者有传言、小道消息说：嘿，你今年在名单上，可能正在被考虑？那我给你讲讲一点内情。你知道，我们从一开始就知道这是一个重要的实验。我们获得过其他一些远没那么知名的奖项，对此都非常感激。而情况是这样的：诺贝尔体系会组织
诺贝尔研讨会，把某个领域的物理学家召集到一起，这里就是量子信息这类领域。他们让所有科学家做报告，想借此了解这个领域的活力，它有多大？此外，也许还会看看某些可能会被考虑的领军人物，他们能不能做一场好报告？会不会是好的代表？所以，米歇尔、约翰和我以前都参加过这些研讨会，我们大致知道是怎么回事，知道至少我们是被考虑过的。我跟你说，作为一名科学家，仅仅是被邀请参加这些研讨会、被列入考虑，就已经是莫大的荣誉了。而获得这个奖实在太令人难以置信了，你不应该那样去想。
所以，你知道，我已经知道这件事有好几年了。事实上，说实话，过去每到那几天，就会想：哦，这次会不会发生？然后早上醒来，发现：哦，没发生。然后你会低落一天，你知道，今年又没成。那是一种非常糟糕的心态，我一点都不喜欢。而且你知道，你不应该去觊觎某个难得离谱、只颁给少数人的奖项。
所以今年的情况是，我花了好几年慢慢消化了这件事。今年我就差不多把它忘了。好。于是我就去睡觉了。然后凌晨 3 点我们接到了电话，我妻子接的，得知了发生的事。但她没有马上叫醒我，因为她知道这一天会很忙乱，我需要睡眠，免得脾气不好。她真好。我可不想带着坏脾气接受采访。
所以她在 5 点半把我叫醒。你知道，我一看电脑，天哪。然后 6 点有一些记者过来，你知道，采访了我，对吧？就在我得知消息之后，得知后半小时。这太棒了。这是莫大的荣誉。一直都非常开心。然后，你知道，我收到了很多封邮件，来自和我共事过的人
或者我过去带过的学生，向我表示祝贺，大家互相交流那些往事之类的。这是一段非常特别的时光。太好了。在你的核心学科之外，有没有你一直在关注、觉得真正令人兴奋的科学或技术领域？我总是喜欢听听重要的思想家和科学家在关注什么。我一心专注于做这件事，尤其是创办公司以后，你最好保持专注，对吧？
所以我在做这件事。但我觉得有一个领域——是本·马津（Ben Mazin），在加州大学圣塔芭芭拉分校，他在寻找系外行星，他们用的超导探测器和我们在做的东西有些相似。事实上，大约在 1990 年代，我和其他人一起帮助建立了那个领域，做了五、六、七年。他用的是另一种方式。我很喜欢的是，你知道，我们一直在研究的这类仪器，也就是他们的量子器件，现在能够用来做这些天文探测器，去搜寻这些目标。当然，如今天文学领域有太多事情在发生，比如
引力波探测器和系外行星搜寻，这让我觉得非常着迷。而且这同样非常偏重技术，人们在制造好的探测器，这是我喜欢的，好吧，我喜欢制造、制造仪器。所以这一点特别吸引我。是的，太好了。我是说，这是非常激动人心的领域，希望我们能开发出量子计算机，帮助我们制造材料和技术，有朝一日帮助我们实现目标。人类进步的阶梯上有那么多级台阶。好，再次祝贺你今年获得诺贝尔物理学奖。实至名归。这是一个美妙的时刻。好好享受吧，享受颁奖典礼，我们也期待你在材料、量子
计算领域的后续工作。谢谢你。是的，也谢谢你。我非常喜欢这些问题和整个交流的节奏，你提问的方式能让人们在合适的层面上理解。我真的很感激。这是一个非常非常棒的播客。太好了。谢谢。我正在做 All-In