谷歌于 2019 年實(shí)現(xiàn)的量子優(yōu)越幾乎無(wú)人不知，這一成果正是由美國(guó)科學(xué)家約翰·馬丁尼斯（John M. Martinis）牽頭完成。盡管已經(jīng)離職谷歌，但這是如今 67 歲的馬丁尼斯依然會(huì)懷念的職業(yè)高光時(shí)刻。

2025 年 10 月 7 日，馬丁尼斯迎來(lái)又一高光時(shí)刻，只是這一次并未因?yàn)樗麑?shí)現(xiàn)了新突破，而是收到了諾貝爾獎(jiǎng)對(duì)于四十年前的實(shí)驗(yàn)的表彰。

當(dāng)天，2025 年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)被授予馬丁尼斯、約翰·克拉克（John Clarke）和米歇爾·德沃雷特（Michel H. Devoret），以表彰他們?cè)?1980 年代完成的一系列奠基性實(shí)驗(yàn)。

（來(lái)源：諾貝爾獎(jiǎng)官網(wǎng)）

上述實(shí)驗(yàn)不僅推動(dòng)著量子器件領(lǐng)域的發(fā)展，更為今天全球眾多學(xué)界和業(yè)界的量子計(jì)算從業(yè)者的研究奠定了基礎(chǔ)。

在獲得諾獎(jiǎng)不久之后，DeepTech 有幸對(duì)馬丁尼斯進(jìn)行了一次深度專訪。

圖 | 約翰·馬丁尼斯（John M. Martinis）（來(lái)源：資料圖）

從凌晨?jī)牲c(diǎn)的諾獎(jiǎng)獲獎(jiǎng)電話，到幫助谷歌奪得“量子霸權(quán)”的稱號(hào)，再到離開谷歌后創(chuàng)辦 Qolab 公司挑戰(zhàn)量子計(jì)算制造難題，他不是那種深埋象牙塔的物理學(xué)家，而是一位將“明確的樂(lè)觀主義”貫穿職業(yè)生涯的器件物理學(xué)家，甚至更像是一名工程師。

在這次訪談中，他坦誠(chéng)分享了對(duì)于量子計(jì)算的真知灼見，當(dāng)然也提起了那段廣為人知的谷歌工作經(jīng)歷。以下是 DeepTech 與馬丁尼斯的完整對(duì)話。為便于閱讀，訪談內(nèi)容已被進(jìn)行編輯和調(diào)序，保留了他的核心觀點(diǎn)與原始表述。

談獲諾獎(jiǎng)：妻子因熬夜讀書接到諾獎(jiǎng)電話

DeepTech：首先祝賀您獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)，我想從這個(gè)激動(dòng)人心的時(shí)刻開始對(duì)話，能分享一下您獲獎(jiǎng)之后的故事嗎？

馬丁尼斯教授：我住在美國(guó)西海岸，諾獎(jiǎng)通知電話是我這邊的凌晨?jī)扇c(diǎn)。我當(dāng)時(shí)已經(jīng)睡著了，我們家的電話在房子的另一邊，而我妻子那天晚上碰巧在熬夜讀書。她聽到了電話，但是想著可以明天再回復(fù)。大約半小時(shí)左右，她收到了鋪天蓋地的郵件，因?yàn)樗腥硕荚谠噲D聯(lián)系我們，甚至通過(guò)我妻子來(lái)聯(lián)系我。

有些記者想要立即采訪我，甚至來(lái)到了我家門口。但是，我妻子非常善良，她知道我需要睡覺，尤其是在即將接受各種采訪的這一天。所以，她讓記者們不要進(jìn)入臥室也不要在鏡頭前把我叫醒，并讓記者們給我一些時(shí)間，讓我可以睡到自然醒。但是，我妻子還是在凌晨 5:30 叫醒了我，這時(shí)她才告訴我外面有一些記者等著采訪我。

而我做的第一件事就是打開筆記本電腦，然后我看到了諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)的公告，也看到了我們獲獎(jiǎng)三人組的照片，這真是一個(gè)美好的驚喜。完全清醒之后，大約早上六點(diǎn)我和妻子開始接受記者采訪。后來(lái)，我和妻子的照片登上了我們當(dāng)?shù)氐膱?bào)紙。

圖 | 諾貝爾獎(jiǎng)官網(wǎng)對(duì)于馬丁尼斯的介紹（來(lái)源：諾貝爾獎(jiǎng)官網(wǎng)）

在當(dāng)天的采訪結(jié)束之后，我開始查看郵件，發(fā)現(xiàn)郵件多得應(yīng)接不暇。我收到了很多祝賀，最感人的祝賀來(lái)自我以前的學(xué)生，他們說(shuō)很喜歡我的課，其中一位我的學(xué)生目前在高校教授電子相關(guān)的課程。通過(guò)這些郵件重新聯(lián)系到這些人真的非常有趣，同時(shí)我也十分感激他們發(fā)來(lái)的祝賀。

不過(guò)，真正重要的是，在一系列實(shí)驗(yàn)之后我們發(fā)展了量子器件領(lǐng)域，量子計(jì)算領(lǐng)域也隨之迎來(lái)發(fā)展（編者注：這里所說(shuō)的“實(shí)驗(yàn)”是本次獲獎(jiǎng)三人組在 1980 年代完成的一系列實(shí)驗(yàn)）。我很高興看到當(dāng)前全球有數(shù)千人在研究超導(dǎo)量子比特，其中一些人在大公司拿著非常高的薪水。這太神奇了，因?yàn)槲覀冊(cè)?1980 年代開始這項(xiàng)工作時(shí)從未想過(guò)會(huì)這樣。

DeepTech：這種感覺就像當(dāng)美好的事情發(fā)生時(shí)，我們?cè)谝婚_始總是很難相信，對(duì)吧？

馬丁尼斯教授：沒錯(cuò)。我感覺自己就像薛定諤的貓，處于正常狀態(tài)和完全不同宇宙的疊加態(tài)之中，以至于我必須在兩者之間來(lái)回切換。但是，這很有趣，我也真的非常享受。

DeepTech：距離諾獎(jiǎng)?lì)C布已經(jīng)過(guò)去一段時(shí)間，您是否習(xí)慣了這些感受、還是仍然有點(diǎn)興奮？

馬丁尼斯教授：我仍然非常興奮，但這也有點(diǎn)累人，因?yàn)槲颐刻於家◣讉€(gè)小時(shí)處理郵件。而且從我個(gè)人角度來(lái)看，我每天必須推進(jìn)項(xiàng)目，比如制作電子設(shè)備或設(shè)計(jì)器件。我感覺自己需要回到過(guò)去那種狀態(tài)去做一些實(shí)際事情，哪怕只是為了讓自己平復(fù)一下心情。盡管目前這一切都很好，但我仍然想以一名物理學(xué)家的身份做貢獻(xiàn)。我還有一家初創(chuàng)公司，所以還有很多事情需要我去做。但是獲獎(jiǎng)?wù)娴暮馨?，這對(duì)我所在的初創(chuàng)公司也是一件好事。

談前司谷歌：很難讓軟件公司理解硬件制造的難度

DeepTech：您能分享一個(gè)自己最喜歡的工作成果嗎？

馬丁尼斯教授：我非常喜歡我在谷歌做的量子優(yōu)越性實(shí)驗(yàn)，這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)真正地體現(xiàn)了團(tuán)隊(duì)協(xié)作的力量。它需要大量的人員配合，以便能夠確保制造工藝當(dāng)時(shí)的規(guī)模之下能夠正常運(yùn)作。同時(shí)，當(dāng)時(shí)的谷歌量子理論團(tuán)隊(duì)也提出了很棒的想法。

有趣的是，最初我去谷歌啟動(dòng)這個(gè)項(xiàng)目的時(shí)候，那些原本專注于建造 AI 數(shù)據(jù)中心的高管們一開始都很懷疑：“一個(gè)小小的物理實(shí)驗(yàn)?zāi)苡惺裁从茫俊钡?，?dāng)量子計(jì)算機(jī)超越超級(jí)計(jì)算機(jī)或數(shù)據(jù)中心的表現(xiàn)時(shí)，這一成果非常震撼，也為谷歌量子團(tuán)隊(duì)帶來(lái)了更多資金支持。

（來(lái)源：谷歌）

這個(gè)項(xiàng)目對(duì)當(dāng)時(shí)我所在的谷歌量子團(tuán)隊(duì)來(lái)說(shuō)是巨大的挑戰(zhàn)，需要組建龐大的團(tuán)隊(duì)。很高興的是我看到大家為實(shí)現(xiàn)目標(biāo)付出了巨大努力。他們付出的努力可能有些過(guò)頭了，每個(gè)人都筋疲力盡，也可能是我對(duì)他們的要求太高。而我在谷歌時(shí)也曾非常擔(dān)心：這的確是一個(gè)有些瘋狂的想法，如果在合理時(shí)間內(nèi)沒有取得好結(jié)果，整個(gè)項(xiàng)目可能就會(huì)被判定“永遠(yuǎn)不會(huì)成功”。我并不想把它變成一個(gè)量子計(jì)算研究所，我想建造真正的東西。

我承認(rèn)，對(duì)于當(dāng)時(shí)谷歌量子團(tuán)隊(duì)的其他人來(lái)說(shuō)，我推動(dòng)他們?nèi)绱伺Φ毓ぷ?，這本身是一件極其困難的事。我從中也學(xué)到了很多寶貴經(jīng)驗(yàn)?，F(xiàn)在，我在 Qolab 公司做得比那時(shí)更好，但我仍然懷有同樣的愿景：建造一臺(tái)量子計(jì)算機(jī)。

目前，我所面臨的一個(gè)問(wèn)題是：我在與物理學(xué)家打交道，他們通常都是博士。我需要把他們放在一個(gè)非常技術(shù)性的項(xiàng)目上，他們會(huì)很自然地開展科學(xué)實(shí)驗(yàn)，這也是他們一直以來(lái)接受的訓(xùn)練。但同時(shí)我也需要他們開發(fā)技術(shù)并讓它可靠地運(yùn)行。然而，這些博士不一定會(huì)因此而被銘記和被感謝，尤其是他們?cè)谥圃焐系呢暙I(xiàn)往往容易被忽略。

如今，如果你想制造一個(gè)互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體（CMOS，Complementary Metal-Oxide-Semiconductor）芯片，你只需投入資金和雇傭工程師，然后交給臺(tái)積電這樣的代工廠公司就能得到一塊出色的芯片。但是，在谷歌這樣以軟件為主的公司里，人們未必能夠理解構(gòu)建硬件的復(fù)雜性，尤其是在構(gòu)建量子計(jì)算機(jī)這樣復(fù)雜的硬件時(shí)，這也反映在他們最后對(duì)我的態(tài)度上。我理解，軟件公司本身就是這樣，你很難讓他們明白硬件開發(fā)的艱難。

談“暮年創(chuàng)業(yè)”：窮畢生之力追求更好的量子計(jì)算

DeepTech：您在 2022 年創(chuàng)立了 Qolab，是什么促使您創(chuàng)辦這家公司而不是留在學(xué)術(shù)界？您是看到了什么技術(shù)空白需要填補(bǔ)嗎？

馬丁尼斯教授：沒錯(cuò)，我在整個(gè)職業(yè)生涯之中都在做這件事。我很喜歡在美國(guó)加州大學(xué)圣塔芭芭拉分校當(dāng)教授，但我真正想做的是建造一臺(tái)量子計(jì)算機(jī)。我曾考慮過(guò)在高校里完成這件事。理論上這是可以的，比如成立一個(gè)研究所。但是，問(wèn)題在于大學(xué)的晉升體系依賴于論文發(fā)表。而我自己已經(jīng)不太需要發(fā)表論文，但是我的團(tuán)隊(duì)成員仍然需要。而當(dāng)你在開發(fā)一種全新的復(fù)雜技術(shù)時(shí)，往往要做大量的技術(shù)開發(fā)和工程工作，這些工作不一定能被整理成為論文并予以發(fā)表，尤其發(fā)不到 Nature 或 Science 那種期刊上，這就會(huì)讓推進(jìn)變得非常困難。雖然也有人在大學(xué)里做類似的事，但我開始考慮其他路徑。

后來(lái)谷歌找上我，他們也想建造量子計(jì)算機(jī)。我就從學(xué)校請(qǐng)了假，雖然還在帶研究生但是不再講課。谷歌給了很高的薪水，于是我決定加入，還把學(xué)生和博士后一起帶過(guò)去，并開始組建更大的團(tuán)隊(duì)。事情進(jìn)展得很順利，最后在 2019 年的“量子優(yōu)越性”實(shí)驗(yàn)中達(dá)到高潮。那是我從起初的聯(lián)合發(fā)明量子比特，到一步步走到真正展示它們強(qiáng)大能力的時(shí)間節(jié)點(diǎn)。雖然那只是針對(duì)某個(gè)數(shù)學(xué)問(wèn)題，但是它證明了量子計(jì)算的潛力。當(dāng)然，目前我們?nèi)匀恍枰屗兊酶佑杏谩?/p>

（來(lái)源：Nature）

遺憾的是，在那之后谷歌管理層發(fā)生了一些變化，我漸漸意識(shí)到自己不夠“Googlely”，發(fā)現(xiàn)自己不太適合那種文化，最終不得不離開。那意味著我要放下自己一生的工作。但是，我仔細(xì)思考了很久，我在想到底該如何建造一臺(tái)量子計(jì)算機(jī)？我發(fā)現(xiàn)有一種更好的方式來(lái)建造量子計(jì)算機(jī)，它會(huì)更具有可擴(kuò)展性、也更便宜，而且能夠利用美國(guó)現(xiàn)有的半導(dǎo)體制造能力。于是，我決定創(chuàng)業(yè)。

目前，我和我的創(chuàng)業(yè)公司正在與應(yīng)用材料公司（Applied Materials）合作，并正在使用一種工具來(lái)建造量子計(jì)算機(jī)。這意味著我們可以使用價(jià)值 5,000 萬(wàn)美元或 1 億美元的工具和真空系統(tǒng)，在數(shù)十億美元的潔凈室中完成生產(chǎn)。我們的試驗(yàn)結(jié)果非常驚人，并讓我們得到了性能優(yōu)異的器件。而這也正是我目前專注的方向——如何使用現(xiàn)代制造工藝來(lái)建造真正可擴(kuò)展的量子計(jì)算機(jī)。

如果把 1985 年的量子比特和 2019 年的量子比特相比，那簡(jiǎn)直是天壤之別。但是，2019 年以來(lái)的量子成果還只是修修補(bǔ)補(bǔ)，并沒有實(shí)現(xiàn)真正的跨越。我和團(tuán)隊(duì)認(rèn)為現(xiàn)在要做的是另一次飛躍，就像從 1985 的成果到 2019 年的成果那樣的跨越，只不過(guò)這次是使用 300 毫米工藝和最新加工技術(shù)邁入了現(xiàn)代制造階段，預(yù)計(jì)將能實(shí)現(xiàn)量子計(jì)算機(jī)目標(biāo)所需要的下一個(gè)重大跨越。當(dāng)然，其他人也許會(huì)有不同看法，但這就是我們的獨(dú)特路線。

這條路很難，并非幾個(gè)月就能造出新的量子比特。我和團(tuán)隊(duì)認(rèn)為三到五年是一個(gè)合理的周期。而短期目標(biāo)是在幾個(gè)月內(nèi)展示一些成果，證明這是一種更好的制造方法。但是要做到這一點(diǎn)，就必須徹底重構(gòu)整個(gè)流程。比如，現(xiàn)在我和團(tuán)隊(duì)使用光刻剝離法制造約瑟夫森結(jié)——這是一種二十世紀(jì)五六十年代的老工藝，工藝流程是做出光刻膠模板、進(jìn)行光刻開口、然后再蒸發(fā)金屬。雖然已經(jīng)有論文討論過(guò)這種方法的創(chuàng)新，但是實(shí)際操作起來(lái)極其困難。而我和團(tuán)隊(duì)的目標(biāo)是把這個(gè)過(guò)程升級(jí)到現(xiàn)代加工標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)然，這只是其中一個(gè)案例，我們同時(shí)也在推進(jìn)很多其他項(xiàng)目。

圖 | Qolab 公司的官網(wǎng)截圖（來(lái)源：Qolab）

我和團(tuán)隊(duì)還發(fā)現(xiàn)作為一家小型初創(chuàng)公司，走一條沒有人走過(guò)的新路是非常困難的。如果你想定義初創(chuàng)公司，那么這就是初創(chuàng)公司的意義。我和團(tuán)隊(duì)正在走一條前所未有的路，目前來(lái)看已經(jīng)有一些成功的跡象。不過(guò)，我們還需要用數(shù)據(jù)證明它。

當(dāng)前，大家都在談?wù)摿孔佑?jì)算的規(guī)模化，但是真正的問(wèn)題在于成本。我們?cè)谟?jì)算目前超導(dǎo)量子比特技術(shù)的成本之后發(fā)現(xiàn)實(shí)在是太昂貴，不過(guò)我覺得未來(lái)它的成本大概相當(dāng)于一臺(tái)超級(jí)計(jì)算機(jī)。對(duì)于超級(jí)計(jì)算機(jī)人們已經(jīng)很熟悉了，人們知道如何采購(gòu)和規(guī)劃業(yè)務(wù)，所以我覺得我們的想法是可以實(shí)現(xiàn)的。

談量子應(yīng)用：最核心的應(yīng)用是量子化學(xué)

DeepTech：所以, 您確信量子計(jì)算機(jī)背后有可行的商業(yè)模式和應(yīng)用場(chǎng)景？

馬丁尼斯教授：實(shí)際上我們一直在深入研究這個(gè)問(wèn)題，目前也在和一些理論團(tuán)隊(duì)和算法團(tuán)隊(duì)保持密切合作。關(guān)于大型量子計(jì)算機(jī)的潛在應(yīng)用，我們已經(jīng)找到幾個(gè)方向。我相信其他團(tuán)隊(duì)也在探索類似的方向，當(dāng)然也可能會(huì)有不同的應(yīng)用方向。但在我們看來(lái)，最核心的應(yīng)用是量子化學(xué)，即利用量子計(jì)算機(jī)生成所謂的“合成數(shù)據(jù)”，然后把這些數(shù)據(jù)輸入 AI 系統(tǒng)，讓 AI 通過(guò)機(jī)器學(xué)習(xí)去分析它們。這類數(shù)據(jù)更容易被獲取，可被用于化學(xué)研究以及各種化學(xué)相關(guān)程序。這個(gè)市場(chǎng)既廣闊又穩(wěn)健，是一個(gè)非常有價(jià)值的方向。

同時(shí)，我也在探索如何利用這些技術(shù)去打造更好的材料。我認(rèn)為，現(xiàn)在很多材料在生態(tài)上都是很難獲取的，而且成本極高。像稀土這種資源，目前在中美之間存在一些復(fù)雜的情況，我不打算深入討論。但是，我相信大家都會(huì)同意的是：如果能用更常見、更便宜的元素制造出類似稀土的材料，那無(wú)論從生態(tài)角度還是經(jīng)濟(jì)角度都是更加合理和更加可持續(xù)的做法，而這也正是讓我感到興奮的地方?；蛟S未來(lái)也有其他人去做類似的事，但我希望能在我和團(tuán)隊(duì)正在建造的量子計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)它。這一切也許要在多年之后才能真正發(fā)生，不過(guò)現(xiàn)在我希望能為此打好基礎(chǔ)。

DeepTech：您提到了量子化學(xué)的應(yīng)用，為什么您認(rèn)為它很有可能產(chǎn)生有價(jià)值的商業(yè)模式或應(yīng)用？

馬丁尼斯教授：潛在應(yīng)用還有很多。對(duì)于應(yīng)用來(lái)說(shuō)，我們不一定需要 100% 地搞清楚為什么量子計(jì)算機(jī)可以解決這些問(wèn)題，也不需要嚴(yán)格的數(shù)學(xué)證明。就像大模型一樣，在我們真正理解它們之前，它就能完成許多工作了。我喜歡量子化學(xué)的原因是，人們現(xiàn)在使用超級(jí)計(jì)算機(jī)來(lái)進(jìn)行分子模擬，但是超級(jí)計(jì)算機(jī)的能力是有限的，而量子力學(xué)的計(jì)算復(fù)雜度太高。

據(jù)我所知，理查德·費(fèi)曼（Richard Feynman）曾提出可以把原子或分子的復(fù)雜量子力學(xué)映射到量子計(jì)算機(jī)上。目前，人們已經(jīng)找到了相應(yīng)的實(shí)現(xiàn)方法。這種應(yīng)用具有相對(duì)直接的映射關(guān)系，你不僅可以理解它，并且已經(jīng)有人已經(jīng)證明了它的潛力，這讓我覺得這種應(yīng)用的可驗(yàn)證性很高。

當(dāng)然，也會(huì)有更新、更有創(chuàng)意的量子計(jì)算應(yīng)用出現(xiàn)。這有點(diǎn)像早期的數(shù)字計(jì)算機(jī)，最初只能解決一類問(wèn)題比如進(jìn)行彈道射程表之類的有限計(jì)算。隨著計(jì)算機(jī)能力的提升，人們變得更加聰明，應(yīng)用也得到逐漸拓展，最終發(fā)展出了商業(yè)用途。我認(rèn)為一旦人類建造了量子計(jì)算機(jī)，并找到幾個(gè)有價(jià)值的應(yīng)用，其他應(yīng)用也會(huì)隨之不斷擴(kuò)展。

DeepTech：若想建造一個(gè)可用的、有價(jià)值的量子計(jì)算機(jī)，就離不開對(duì)于容錯(cuò)的討論。那么，我們需要克服哪些瓶頸？目前與具備完全容錯(cuò)能力的通用量子計(jì)算機(jī)之間的距離有多遠(yuǎn)？

馬丁尼斯教授：我只討論我熟悉的領(lǐng)域，因?yàn)槠渌I(lǐng)域的人或許會(huì)說(shuō)：“我們已經(jīng)能夠建造容錯(cuò)量子計(jì)算機(jī)了。”坦率地說(shuō)，在建造一個(gè)極其復(fù)雜的系統(tǒng)時(shí)，總會(huì)遇到各種的問(wèn)題。但是，在物理學(xué)界人們不太會(huì)正面談?wù)撨@些問(wèn)題，因?yàn)槟菢泳陀锌赡苣貌坏劫Y助，所以有時(shí)很難弄清楚真實(shí)情況。

現(xiàn)在，我觀察到的是超導(dǎo)量子領(lǐng)域的人們對(duì)于未來(lái)非常有信心。很多科研團(tuán)隊(duì)和業(yè)界公司都在研究這一領(lǐng)域，他們使用一種特定方式進(jìn)行操作，在大學(xué)實(shí)驗(yàn)室或定制實(shí)驗(yàn)室里做實(shí)驗(yàn)，這些實(shí)驗(yàn)往往帶有很強(qiáng)的學(xué)術(shù)風(fēng)格。他們認(rèn)為自己可以走很遠(yuǎn)，但是我和團(tuán)隊(duì)并不這么看待，因?yàn)楫?dāng)量子比特?cái)?shù)量未來(lái)達(dá)到數(shù)千，甚至數(shù)百萬(wàn)個(gè)時(shí)，制造問(wèn)題就會(huì)凸顯出來(lái)。成本也是一個(gè)棘手的問(wèn)題。

DeepTech：您認(rèn)為克服這些障礙最終會(huì)讓我們走向容錯(cuò)？

馬丁尼斯教授：就我所看到的各種數(shù)據(jù)來(lái)說(shuō)，其中一些數(shù)據(jù)是通過(guò)其他半導(dǎo)體技術(shù)實(shí)現(xiàn)的。綜合來(lái)看，我認(rèn)為可以做到，但是絕非易事。它將是變革性的，而不是漸進(jìn)式的，同時(shí)伴隨著一定風(fēng)險(xiǎn)。但是，風(fēng)險(xiǎn)一直伴隨著我的整個(gè)職業(yè)生涯，風(fēng)險(xiǎn)也伴隨著我去做那些非漸進(jìn)的瘋狂的事情。其實(shí)，我對(duì)于到底什么可行、到底什么很難有著清晰的直覺。我經(jīng)歷過(guò)一些失敗，我發(fā)現(xiàn)失敗和成功總是交替出現(xiàn)。但是，我多少能夠知道什么時(shí)候會(huì)成、什么時(shí)候不會(huì)成。

DeepTech：那么鑒于當(dāng)前的硬件狀態(tài)，您認(rèn)為哪種糾錯(cuò)方案最有潛力實(shí)現(xiàn)目的？

馬丁尼斯教授：我不是這方面的專家，但我們正在與一個(gè)非常好的團(tuán)隊(duì)合作。我這個(gè)人講究實(shí)際，所以我覺得表面碼（surface code）是一個(gè)有潛力的方案。表面碼是一個(gè)規(guī)則的 2D 網(wǎng)格陣列，業(yè)內(nèi)已經(jīng)掌握了相關(guān)制造工藝，而且誤差閾值已被控制得極低。但是，如果你想實(shí)現(xiàn)連接并讓量子比特相互作用這是相當(dāng)簡(jiǎn)單的，因?yàn)檫@只是量子比特的簡(jiǎn)單拓?fù)湟苿?dòng)。要想實(shí)現(xiàn)容錯(cuò)量子計(jì)算，量子比特的錯(cuò)誤率需要低于 1% 的閾值，這時(shí)可以利用表面碼繞過(guò)失效的量子比特并讓量子計(jì)算機(jī)繼續(xù)工作。對(duì)于我和團(tuán)隊(duì)來(lái)說(shuō)，一開始我們可能無(wú)法造出良率為 100% 的器件，但是我們正在努力做到這一點(diǎn)。

IBM 已經(jīng)設(shè)計(jì)出了低密度奇偶校驗(yàn)碼（LDPC，Low-Density Parity-Check Code）這一解決方案。我和團(tuán)隊(duì)研究這一方案之后產(chǎn)生了一些疑問(wèn)，不過(guò) IBM 提出這一方案本身是一件好事。不過(guò)，問(wèn)題在于當(dāng)你建造一個(gè)復(fù)雜系統(tǒng)時(shí)，最好的參數(shù)并不是瓶頸。比如“某個(gè)方案所需的物理量子比特更少”，光看這一點(diǎn)人們可能會(huì)覺得很棒。但是，當(dāng)你有 10 個(gè)乃至 100 個(gè)其他系統(tǒng)參數(shù)需要考慮的時(shí)候，那么量子比特失效的敏感性及其連接性也必須足夠準(zhǔn)確和足夠好。此外，該如何實(shí)現(xiàn)連接性？以及該如何在足夠高的相干性和足夠低的錯(cuò)誤下獲得連接性并使其正常運(yùn)轉(zhuǎn)？這些都是要考慮的問(wèn)題。

盡管表面碼這一方案以及其他方案甚至一些參數(shù)看起來(lái)都還不錯(cuò)，但是必須從整個(gè)系統(tǒng)的層面去看待問(wèn)題。我所確信的是：隨著時(shí)間的推移，人們將能更好地了解正在發(fā)生的事情。順便說(shuō)下，谷歌的量子軟件工程師克雷格·吉德尼（Craig Gidney）一直在努力讓表面碼變得更小和更高效，多年來(lái)他和谷歌同事在表面碼方面取得了重大進(jìn)展，縮小了實(shí)現(xiàn)特定功能所需的量子計(jì)算機(jī)的規(guī)模。鑒于現(xiàn)在的規(guī)模，我認(rèn)為谷歌已經(jīng)進(jìn)入一個(gè)可以真正考慮實(shí)際應(yīng)用的范圍。估計(jì)量子比特大約在百萬(wàn)量級(jí)，但這已經(jīng)很好了。未來(lái)，我希望能把它降到 50 萬(wàn)量級(jí)，這樣就能把所有量子比特裝進(jìn)一個(gè)冷卻設(shè)備里。

DeepTech：您為什么一直專注于研究超導(dǎo)量子比特？與其他方法相比這種技術(shù)路線的優(yōu)勢(shì)是什么？

馬丁尼斯教授：如果你是一個(gè)實(shí)驗(yàn)主義者，你就會(huì)專注于自己最熟悉的技術(shù)路徑，因?yàn)樗婕暗募夹g(shù)細(xì)節(jié)非常復(fù)雜，所以你必須是這個(gè)領(lǐng)域的專家才能真正弄清楚。由于我一直在研究超導(dǎo)量子比特，所以我很清楚該做什么。

但是，如果你問(wèn)任何一個(gè)量子團(tuán)隊(duì)他們都會(huì)說(shuō)：“我們的方法是最好的?！倍乙獜?qiáng)調(diào)的是，人們通常會(huì)強(qiáng)調(diào)自己方法的優(yōu)點(diǎn)。不過(guò)，從量子系統(tǒng)的整體來(lái)看，你必須同時(shí)兼顧很多參數(shù)。

而超導(dǎo)量子比特的優(yōu)點(diǎn)是，它也許并未在每個(gè)指標(biāo)上都做到最佳，但是它在一些主要性能上表現(xiàn)得都很不錯(cuò)。盡管確實(shí)有一些不夠方便的地方，但在整體上是可以被優(yōu)化的，這也是現(xiàn)在人們能制造并操作這些量子計(jì)算機(jī)而且效果相當(dāng)好的原因。

在當(dāng)前的量子領(lǐng)域，離子阱和中性原子都非常受歡迎，尤其是中性原子技術(shù)正被用于建造大型系統(tǒng)。它們可以保持相干性和實(shí)現(xiàn)量子門操作。但是，必須要考慮量子計(jì)算機(jī)的速度問(wèn)題。速度非常關(guān)鍵，這一點(diǎn)在我們使用手機(jī)和電腦時(shí)就能有所體會(huì)。不同類型量子比特之間的速度差異不是兩倍，而可能會(huì)是幾千倍甚至十萬(wàn)倍。以離子阱或中性原子為例，要開啟或關(guān)閉相互作用，通常需要移動(dòng)原子或離子，在量子領(lǐng)域這個(gè)過(guò)程很慢大約需要 100 微秒。而超導(dǎo)量子比特是固定的，量子門操作可以在 20 到 50 納秒之內(nèi)完成。這是一個(gè)巨大的差距，而要進(jìn)行公平的比較就必須把所有因素都考慮進(jìn)去。盡管人們正在研究一些加速方法，但是慢速移動(dòng)確實(shí)是一個(gè)重大限制。

如果你正在開發(fā)新工藝和嘗試商業(yè)化，最大的錯(cuò)誤做法便是先去解決容易的問(wèn)題，而把難題留到后面。一開始看起來(lái)很順利，但等到幾年后面對(duì)真正的難題時(shí)你可能已經(jīng)沒有時(shí)間，這時(shí)項(xiàng)目就會(huì)失敗。因此，必須盡早處理那些核心難題。

DeepTech：當(dāng)我們有了一臺(tái)可用的量子計(jì)算機(jī)，就會(huì)出現(xiàn)全新的應(yīng)用？

馬丁尼斯教授：是的，未來(lái)還會(huì)有更多發(fā)明出現(xiàn)，以用于支撐建造量子硬件所需的投入。當(dāng)前，軟件算法和硬件部分還有一定的脫節(jié)，人們必須不斷改進(jìn)硬件和算法，只有這樣才能將兩者匹配起來(lái)。盡管人們已經(jīng)取得不少進(jìn)展，但這仍然是一個(gè)難題。做一些基礎(chǔ)的物理實(shí)驗(yàn)相對(duì)容易，但要想把它變成實(shí)用技術(shù)，就是一件完全不同的事情。

對(duì)于從量子基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)到實(shí)用實(shí)驗(yàn)的路程來(lái)說(shuō)，從我和此次其他諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)得主的實(shí)驗(yàn)以來(lái)已經(jīng)過(guò)了 40 年。正是在這 40 年里，人們逐步建立了足夠深厚的技術(shù)基礎(chǔ)，讓我們得以有能力去認(rèn)真思考真正需要建造的東西是什么。而現(xiàn)在，我就可以基于這些想法向應(yīng)用材料公司（Applied Materials）進(jìn)行闡釋，然后我和他們一起設(shè)計(jì)工藝、收集數(shù)據(jù)和實(shí)現(xiàn)目標(biāo)。

DeepTech：未來(lái)我們會(huì)看到一種量子計(jì)算方法全面壓制所有其他方法？還是說(shuō)會(huì)有多種方法并行發(fā)展并被用于不同場(chǎng)景？

馬丁尼斯教授：作為一個(gè)明確的樂(lè)觀主義者，同時(shí)也要考慮建造量子計(jì)算機(jī)的難度。能夠奏效的方法比想象中少得多，也許原子、離子和超導(dǎo)等方法都能行，但是超導(dǎo)量子比特會(huì)比它們快 1,000 倍，那么操作起來(lái)也就會(huì)容易 1,000 倍和便宜 1,000 倍，量子公司也會(huì)因此獲得更多訂單。

當(dāng)然，這并不意味著那些可行的方法沒有利基應(yīng)用。但是，我認(rèn)為建造量子計(jì)算機(jī)比人們想象得要困難得多，大家只是非常樂(lè)觀而已，當(dāng)然這也很好，因?yàn)槲覠o(wú)法預(yù)測(cè)未來(lái)，也無(wú)法預(yù)測(cè)人們會(huì)有多聰明。

DeepTech：是的，你永遠(yuǎn)不知道何時(shí)何地會(huì)有何人想出一個(gè)全新想法，尤其是在 AI 的幫助下。

馬丁尼斯教授：的確，我們?cè)?AI 中確實(shí)看到了這一點(diǎn)。Transformer 論文和大語(yǔ)言模型真正引爆了一切，之后很多人開始研究它們，在 AI 領(lǐng)域新的想法是關(guān)鍵所在。但是，在量子領(lǐng)域我們已經(jīng)研究了幾十年，很多想法早已存在。因此，問(wèn)題更多在于如何執(zhí)行這些想法，同時(shí)把整個(gè)系統(tǒng)工程做好。這就要求我們既要有好的工程師、也要有好的物理學(xué)家。

談個(gè)人信念：明確的樂(lè)觀主義

DeepTech：在 2020 年的一次采訪中，您將自己描述為“明確的樂(lè)觀主義者”（definite optimist）。我相信現(xiàn)在仍然如此，這如何影響了您的工作？

馬丁尼斯教授：是的，我的這個(gè)想法來(lái)自彼得·蒂爾（Peter Thiel）的書籍《從 0 到 1》。我是在二十世紀(jì)六十年代成長(zhǎng)起來(lái)的，那時(shí)正值美國(guó)開展阿波羅登月計(jì)劃期間，這個(gè)計(jì)劃無(wú)疑是一個(gè)“明確的樂(lè)觀主義”項(xiàng)目（編者注：因?yàn)槿祟惽宄刂雷约阂ツ睦?，要?shí)現(xiàn)什么目標(biāo)，所以是明確的）。蒂爾在書中說(shuō)，那是當(dāng)時(shí)的主流精神。而當(dāng)我后來(lái)進(jìn)入谷歌時(shí)，我感受到的則是“不明確的樂(lè)觀主義”。這似乎是一種更加現(xiàn)代的態(tài)度，人們相信未來(lái)會(huì)更好，但是并不確切地知道到底該如何實(shí)現(xiàn)。比如你組建了一個(gè)量子計(jì)算團(tuán)隊(duì)，你想要造出一些東西，但是你并沒有明確的方向。

對(duì)我來(lái)說(shuō)，我始終關(guān)注自己究竟要做什么，這是我必須弄清楚的核心問(wèn)題。也許要不斷調(diào)整方向，但我一直在朝著一個(gè)明確的目標(biāo)前進(jìn)——那就是試圖解決實(shí)際問(wèn)題。

據(jù)我觀察，并沒有太多科學(xué)家使用這種方式進(jìn)行思考，特別是在學(xué)術(shù)界人們的普遍態(tài)度是——你應(yīng)該不斷觀察周圍的世界并嘗試新事物。如果一個(gè)人太專注于某件事，尤其太專注于工程，很多人就會(huì)認(rèn)為你并不是真正的物理學(xué)家，而只是一名工程師。這也是某些人對(duì)我不太認(rèn)同的原因，但我并不在意，反而把它當(dāng)作一種榮譽(yù)。

在我的職業(yè)生涯中，我一直通過(guò)制造器件來(lái)做更好的物理實(shí)驗(yàn)。在美國(guó)加州大學(xué)伯克利分校的實(shí)驗(yàn)室和美國(guó)勞倫斯伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室里，科學(xué)家們建造了回旋加速器并做了許多實(shí)驗(yàn)?；谖覐募s翰·克拉克那里的傳承的理念，英國(guó)劍橋大學(xué)的一些實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家在通過(guò)建造設(shè)備來(lái)發(fā)現(xiàn)新科學(xué)。

對(duì)我來(lái)說(shuō)，使用巧妙的工程來(lái)實(shí)現(xiàn)科學(xué)突破、利用物理原理去設(shè)計(jì)出真正有效的器件，是我最喜歡和最擅長(zhǎng)的工作方式。而建造一臺(tái)量子計(jì)算機(jī)，則是這一切的終極目標(biāo)，它也是我在職業(yè)生涯的最后階段想要完成的事。

DeepTech：這需要你有一種信念，相信那會(huì)成功。

馬丁尼斯教授：是的，你必須完全相信這件事會(huì)成功?；蛟S其中帶有一點(diǎn)妄想的成分，因?yàn)檫@實(shí)在是太難了。但是，我和團(tuán)隊(duì)已經(jīng)公布了一些成果，很快還會(huì)通過(guò)發(fā)表一篇論文來(lái)展示我們確實(shí)擁有一個(gè)清晰可行的計(jì)劃。目前我還不能公開太多細(xì)節(jié)，不過(guò)可以明確的是我們已經(jīng)制定出一條看起來(lái)能實(shí)現(xiàn)量子計(jì)算機(jī)的路線。

我在這個(gè)領(lǐng)域已經(jīng)研究了幾十年，從經(jīng)驗(yàn)和直覺上看這次真的有實(shí)現(xiàn)的可能。因?yàn)椋液蛨F(tuán)隊(duì)都很努力，而且我們有合適的人來(lái)做這件事。

DeepTech：在這個(gè)過(guò)程中，保持樂(lè)觀似乎是必要的。

馬丁尼斯教授：對(duì)，但我必須強(qiáng)調(diào)，我不相信那種為了樂(lè)觀而樂(lè)觀的態(tài)度。在美國(guó)硅谷我就遇到過(guò)這樣的人，他們單純地認(rèn)為只要保持樂(lè)觀，一切就會(huì)按你希望的方式發(fā)生，所有事情都會(huì)向你傾斜。我只能說(shuō)，這是一個(gè)有趣的觀點(diǎn)。

樂(lè)觀是一件好事，但我更傾向于使用現(xiàn)實(shí)主義來(lái)平衡它，即設(shè)想所有可能出錯(cuò)的情況，然后思考該如何克服這些障礙。你既要深刻理解物理學(xué)，也要明確技術(shù)的邊界，還得弄清楚哪些工具可以使用，以及如何才能讓事情變好，我喜歡嘗試以恰當(dāng)方式把這些結(jié)合起來(lái)。當(dāng)然，這也是我和聯(lián)合創(chuàng)始人艾倫·霍（Alan Ho）以及羅伯特·麥克德莫特（Robert McDermott）一起努力的方向。

圖 | Qolab 管理團(tuán)隊(duì)（來(lái)源：Qolab）

DeepTech：懂了，現(xiàn)實(shí)的樂(lè)觀主義。

馬丁尼斯教授：是的，沒錯(cuò)?，F(xiàn)實(shí)的、明確的樂(lè)觀主義，對(duì)我來(lái)說(shuō)非常重要。我可以舉個(gè)例子來(lái)說(shuō)明我所謂的“明確樂(lè)觀主義”中的“明確”。如果你查看 IBM 的路線圖，就會(huì)發(fā)現(xiàn)他們正在嘗試制造 120 量子比特的芯片，然后把這些芯片連接在一起打造大型量子計(jì)算機(jī)，這是因?yàn)樗麄兡軌蜻_(dá)到一定的良率限制。如果你再去觀察 Rigetti 公司（編者注：由美國(guó)物理學(xué)家、前 IBM 員工查德·里蓋蒂（Chad Rigetti）于 2013 年創(chuàng)辦的美國(guó)量子計(jì)算公司），他們正在制造 9 量子比特的芯片然后拼接在一起。我在谷歌工作的時(shí)候發(fā)現(xiàn)，當(dāng)量子比特?cái)U(kuò)展到 50 或 100 時(shí)就會(huì)出現(xiàn)制造問(wèn)題。事實(shí)上，現(xiàn)在仍然有這樣的限制，但我相信谷歌正在努力解決，也許谷歌現(xiàn)在已經(jīng)做得更好了。但是，一旦數(shù)量達(dá)到數(shù)百個(gè)量子比特良率問(wèn)題就會(huì)更加凸顯。如果擴(kuò)展到一千個(gè)甚至一百萬(wàn)個(gè)量子比特又該如何制造？毫無(wú)疑問(wèn)，難度將呈現(xiàn)出指數(shù)級(jí)的增長(zhǎng)——而這正是我和團(tuán)隊(duì)專注于解決的制造問(wèn)題。我們已經(jīng)打造出一種有望解決這一難題的方法，我現(xiàn)在依然不能詳細(xì)透露因?yàn)樯婕暗焦緳C(jī)密。不過(guò)，我們所看到的一些數(shù)據(jù)讓我們相信這是可行的。當(dāng)我看到這條可行路徑時(shí)，我感到非常樂(lè)觀，而這就是我試圖解決的關(guān)鍵問(wèn)題，當(dāng)然也需要努力解決低成本制造的問(wèn)題。對(duì)于集成電路來(lái)說(shuō)，人們可以在一個(gè)大型工廠進(jìn)行批量生產(chǎn)，不一定非得購(gòu)買一個(gè)專門用于超導(dǎo)量子比特的、價(jià)值 100 億美元的潔凈室來(lái)做，同時(shí)還有其他商業(yè)方式可以達(dá)到同一目的。當(dāng)然，除此之外，我和團(tuán)隊(duì)的商業(yè)計(jì)劃還有很多其他部分。

如果我無(wú)法想象我和團(tuán)隊(duì)將要做什么，那么我就很難知道到底要建造什么。例如，我們最初在電路上探索量子力學(xué)時(shí)，一開始只是做了一堆物理實(shí)驗(yàn)。而當(dāng)我的量子計(jì)算課題開始獲得資金資助時(shí)，一個(gè)明確的最終目標(biāo)開始浮現(xiàn)出來(lái)，而我十分喜歡這種清晰感。那么，我正在做的實(shí)驗(yàn)?zāi)芊駥⑷祟悗蚪ㄔ炝孔佑?jì)算機(jī)的最終目標(biāo)？事實(shí)上，這不僅僅是打造一個(gè)更好的量子比特，而是打造一個(gè)更好的量子比特系統(tǒng)，讓它們可以相互作用并被精確地控制。

對(duì)于這些系統(tǒng)工程問(wèn)題，我曾經(jīng)認(rèn)真思考過(guò)，我也曾做過(guò)各種與常規(guī)想法完全相反的事情。比如，我曾研究過(guò)通量可調(diào)量子比特，但我差點(diǎn)因?yàn)檫x擇嘗試這件事而失去資助。因?yàn)榇蠹叶颊J(rèn)為固定頻率量子比特具有最好的相干時(shí)間。然而，如果你不能將量子比特耦合在一起，或者你的設(shè)計(jì)導(dǎo)致耦合變得困難或緩慢那就是沒有用處的。而我當(dāng)初嘗試那個(gè)方向，就是為了優(yōu)化整個(gè)系統(tǒng)的性能。

DeepTech：您遇到的一些困難是什么？

馬丁尼斯教授：我和目前的團(tuán)隊(duì)主要面臨一些制造問(wèn)題。我們想做的是晶圓級(jí)集成，整個(gè)量子計(jì)算機(jī)芯片要處于三開爾文以下溫度。同時(shí)，這是一個(gè)整體集成電路或類似集成電路的系統(tǒng)，這就必須保證高可靠性和低成本。

要讓這一想法落地需要進(jìn)行很多創(chuàng)新，包括改進(jìn)量子比特的讀出方式。當(dāng)前的讀出硬件又大又笨重，無(wú)法實(shí)現(xiàn)真正的集成化。但是，我的聯(lián)合創(chuàng)始人羅伯特·麥克德莫特（Robert McDermott）在美國(guó)威斯康星大學(xué)麥迪遜分校發(fā)明了相關(guān)技術(shù)，我認(rèn)為這是一項(xiàng)實(shí)現(xiàn)晶圓級(jí)量子計(jì)算機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)。盡管它的重要性很高，可是這項(xiàng)技術(shù)的相關(guān)論文的引用次數(shù)卻非常少，因?yàn)槭褂矛F(xiàn)有的大型組件在 100 量子比特的系統(tǒng)上就能實(shí)現(xiàn)同一目標(biāo)，這讓很多人覺得問(wèn)題并不緊迫。然而，我完全認(rèn)同羅伯特的觀點(diǎn)，這項(xiàng)技術(shù)至關(guān)重要，因?yàn)樗梢詫?shí)現(xiàn)真正的集成化。

談致青年人：要努力成為更好的自己

DeepTech：假設(shè)在 10 年-20 年后重新審視您的成就，除了作為諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)獲得者之外，您還希望人們記住您的哪些事跡？

馬丁尼斯教授：這是一個(gè)有趣的問(wèn)題，但我并不是這樣思考問(wèn)題的，我更關(guān)注下一步該做什么。至于成就這塊我想說(shuō)的是，我非常高興看到眾多的物理學(xué)家基于我和其他人所打下的基礎(chǔ)，助力于理解和應(yīng)用量子力學(xué)，并且擁有很好的高薪工作?？茖W(xué)家們能夠擁有這樣的好工作，我覺得這非常不錯(cuò)。

DeepTech：從我們的對(duì)話和您描述的經(jīng)歷來(lái)看，您更像是一位量子計(jì)算機(jī)硬件工程師，而不是物理學(xué)家。

馬丁尼斯教授：是的，我更喜歡叫自己“器件物理學(xué)家”，這就是為什么當(dāng)初我加入約翰·克拉克的團(tuán)隊(duì)，當(dāng)時(shí)他們?cè)谧龅木褪瞧骷锢?。?dāng)前，人們可以把量子力學(xué)系統(tǒng)作為器件來(lái)構(gòu)建，而讓我和其他幾位科學(xué)家一起獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)的實(shí)驗(yàn)也是這樣做的。事實(shí)證明，當(dāng)你嘗試這樣做時(shí)，器件自然就會(huì)“配合”你，你不僅能夠建造出這些系統(tǒng)，還能完成非常復(fù)雜的操作，從而增加這一研究領(lǐng)域的豐富程度。事實(shí)上，我們當(dāng)初在做這一實(shí)驗(yàn)時(shí)一開始并不知道這一點(diǎn)，后來(lái)花了一些時(shí)間之后才弄明白?？吹接纱水a(chǎn)生的精彩實(shí)驗(yàn)成果之后，作為科學(xué)家我感到非常滿足。

DeepTech：最后一個(gè)問(wèn)題，對(duì)年輕的科研人員有什么寄語(yǔ)嗎？

馬丁尼斯教授：大家常說(shuō)“做你自己”，但我認(rèn)為更好的方式是努力成為一個(gè)更好的自己，不斷提升對(duì)于世界的理解。要做一個(gè)更有道德感的人、更善良的人。事實(shí)上，有上千種方式可以改進(jìn)自己。如果你一直抱著這種態(tài)度去努力，可能短時(shí)間內(nèi)看不到明顯變化，但是一年乃至于十年之后，你的能力會(huì)得到提升，你對(duì)世界的貢獻(xiàn)也會(huì)更多。

我認(rèn)為這是一個(gè)很好的思維框架，這也是我在我的新公司中努力做到的事情。我目前正在嘗試成為一個(gè)更好的首席技術(shù)官，和同事進(jìn)行更好的溝通。同時(shí)，我也在練習(xí)成為一名更好的播客訪談嘉賓。我相信，隨著實(shí)踐經(jīng)歷的增多我會(huì)做得更好。在過(guò)去一年，我已經(jīng)積累了很多經(jīng)驗(yàn)。

參考資料：

https://qolab.ai/our_team/

https://www.nobelprize.org/prizes/physics/2025/press-release/

運(yùn)營(yíng)/排版：何晨龍