量子计算正在改变科学的路上：深入解读IBM最新突破

在科学界翘首以盼更大、更强的量子计算机之际，国际商业机器公司（IBM）及一批研究人员试图证明：这些系统在今天就已经可以投入使用。他们做到了。

周三上传至arXiv平台的一篇预印本论文显示，IBM联合两家国家实验室和三所大学的科学家，成功利用量子计算机模拟了一个肉眼无法察觉、却在材料科学领域具有应用价值的过程。

研究人员采用中子散射技术（即让中子束穿透样品）测量了磁性晶体的特性，并将测量结果与在IBM量子计算机上运行的模拟结果进行直接比较。最终，量子处理器成功展示了该晶体应有的行为模式。

若这番描述略显艰深，不妨听听研究人员自己的解读：洛斯阿拉莫斯国家实验室物理学家艾伦·沙伊表示，这一成果“提升了人们对量子计算机能力的期待阈值”。

（左：中子散射实验结果；右：IBM量子计算机模拟结果）图片来源：IBM

量子层面的材料体系极其复杂，传统计算机往往难以对其进行建模。而量子计算机成功完成了这一任务，这标志着此类系统正变得足够强大，足以助力新材料的研发。

这也从侧面印证了量子技术在材料科学中的应用前景——材料科学这门学科是几乎所有现代发明的底层支撑，从医疗设备、半导体到电池均离不开这一学科。

量子计算的应用场景正逐渐明晰。本月初，IBM发布了一份数据中心蓝图，规划将量子计算机与现有GPU、CPU融合。除材料科学外，该技术还将对金融、制药行业产生深远影响。部分业内乐观人士认为，它还能大幅降低高算力任务的能耗。

目前，行业专家与量子领域投资者均已调低预期。在量子计算机实现广泛商业化之前，它们还难以被认为真正“可用”。要做到这一点，就必须实现规模化扩展。

尽管如此，IBM在最新实验中展示的这种能力，原本预计要等到大规模、具备容错能力的量子计算机出现时才会实现——也就是那种即便个别组件发生故障或受到干扰，仍能继续正常运行的机器。

就像传统计算机以比特来编码基本信息一样，量子计算机依赖量子比特。不过，两者存在关键差异：量子比特（qubit）通常是通过操控并测量光子、电子或被俘获的离子等粒子来生成的。

而且与传统比特不同，量子比特对环境变化格外敏感——从热量到电磁干扰等任何因素——都可能扰乱其脆弱的量子态，导致计算机出现故障。

IBM自身的目标是在2029年交付其首台容错量子超级计算机，代号“Starling”，预计其处理能力将是当今量子计算机的两万倍。

未来三年可能会——也必然会——发生很多变化。IBM的最新实验，只是一个开始。