诺贝尔奖专题|专访诺奖得主John Martinis，曾带领Google在4个月内实现量子计算的重大突破

来源：DeepTech深科技

2025 年 10 月 7 日，美国科学家 John clarke、Michel H. Devoret 和 John M. Martinis 获得了 2025 年诺贝尔物理学奖，DeepTech 于 2017 年采访了 John M. Martinis。

（来源：诺贝尔奖官网）

本文首发于 2017 年 9 月 8 日，以下为文章正文：

图丨 Google quantum A.I. Lab 隐身在圣塔芭芭拉的平凡办公室内。（来源：DeepTech）

图丨加州大学圣塔芭芭拉分校教授 John Martinis，负责领导实验室进行量子计算机的硬件及芯片设计（来源：DeepTech）

实验室三大研究主题

图丨与传统比特的差异在于量子比特可同时具有 0 、 1 及其线性的叠加态（来源：CB Insights）

图丨 John Martini 身后的门推开就是实验室（来源：DeepTech）

John Martinis 指出，虽然使用大部份现有的半导体工具就能打造出芯片，但最困难的地方：一是芯片的电子设计，除了要能运作更要稳定，二是必须设计专属的算法，这两个大问题碰在一起使得难度加大，量子计算机也就如此难以突破。

不过，经过学界 20 多年的努力，逐步取得一些进展，John Martinis 有信心的说：“我们希望做出一些可用的东西，目标在今年底实现量子霸权（quantum supremacy）。”

还有一个季度就能实现量子霸权

图丨 Google 量子人工智能实验室的办公环境（来源：DeepTech）

量子计算机应用于量子化学及机器学习

除了量子化学之外，另一个他们正在思考的是利用量子计算机来执行机器学习。

“这就是为什么 Google 将实验室取名为量子人工智能实验室。”机器学习适用于某些计算机模型，而量子计算机的概念就是让你可以找到更适合或更有效的方式。Google 相信，机器学习将带来重要的科技变革，影响的程度将如过去的个人电脑、互联网、智能手机一样改变人类生活，

John Martinis 透露，虽然目前发展的状况还不及量子化学，但是有一些好的想法可以让机器学习与量子计算机整合。内部已经有相关计划正在打造量子神经元（quantum neuron），他们发现量子化学领域有一个算法相当近似量子机器学习，或者是量子神经网络（quantum neural net），因此机会是很大的。

所以，量子机器学习会比传统计算机更有效率？“我们希望，但现今还没有人实现”。不过，他们想要用来解决量子化学问题的方法中有一部分就是利用量子机器学习，最终目的还是希望能用量子机器学习来处理更多一般性的问题。

不过，他也强调，“我们还在起点，这属于研究阶段，需要时间实验及发展。在研究阶段，很多时间会花在处理一些看起来看似很简单的玩具问题（toy problems）。”例如，在量子化学中，他们能够在量子计算机上相当精确地算出了氢分子（hydrogen molecule）的基态。“这是一个非常简单、从技术出现以来人类就已经知道的分子，不过，一但证明概念可以运作后，就能处理更复杂的问题。”而且已有不少公司着眼此领域，包括 IBM 、微软、阿里巴巴，因此对于量子机器学习的发展他也持乐观态度。

希望更多人投入算法

由于量子计算机的理论与现今计算机不同，未来想要走入应用阶段，也有赖工程师们学习新的编程方法。对此，John Martinis 表示，他的团队主要在设计硬件、控制软件，很希望外界的人学习如何编程量子计算机。现在的工程师不需要知道互补式金属氧化物半导体（CMOS）等积体电路的制程，只需要了解作业系统及程序语言就可以写出应用程序，虽然量子计算机很难，但在学理上如数学、物理学等还是有一致性，他们只要知道背后的原理、如何使用算法，就能触类旁通。

例如在实验室里，有一位员工之前在 Google 工作，所受的训练是计算机科学，但因为对量子计算机深感兴趣而加入了实验室，“通过学习，他就对标准量子计算机算法提出了许多很棒的改善方式，这些是过去 20 年来没有人想过的事，我的看法是如果计算机科学家喜欢这个领域，他们就能做出许多贡献，当量子计算机时代到来，人们就能专注在编程及算法上。”John Martinis 说。

图丨物理学家理查德·费曼（Richard Feynman）率先提出量子计算机的概念，这间会议室就命名为 Feynman 会议室（来源：DeepTech）

大企业、新创齐聚

除了 Google 之外，IBM Research 在去年发表了 IBM Quantum Experience 量子体验平台，这个拥有 5 qubits 的量子计算机放置在纽约的 T.J. Watson 研究中心里，为了让大众能够接触量子计算机，探索量子运算的各种可能性，IBM 开放了让外界体验、测试的服务。今年 3 月，IBM 进一步提高到 17 qubits，并且宣布会在今年内推出业界首个商用通用量子计算平台 IBM Q 系统，届时会是一个拥有 50 qubits 的量子计算机云端服务，因此也会达到量子霸权。

另外，调研机构 CB Insights 指出，量子计算机正在改变世界。除了 D-Wave 外，点名除了数家必须关注的新创公司，分别如下：

Rigetti Computing，融资金额超过 6,900 万美元，投资方包括 Andreessen Horowitz 、 AME Cloud Ventures 等；

Cambridge Quantum Computing，融资金额超过 5,000 万美元，投资方为亿万富翁 Alberto Chang Rajii 旗下的创投 Grupo Arcano ；

KnuEdge，募资金额超过 4,700 万美元，投资方为 Bumper Development Corporation ；

Qubitekk，投资方包括美国国家科学基金会、加州能源委员会等；

Post-Quantum，天使投资人为前路透社执行长 Tom Glocer ；

Quantum Biosystems，投资方包括日本的 Mitsubishi UFJ Capital、东京大学附属育成中心；

等等。

1965 年，英特尔创办人之一 Gordon Moore 提出了摩尔定律（Moore's law），也就是计算机芯片上元器件数目以每 24 个月的速度成长一倍，后来缩短到 18 个月，这个经验法则曾一路引导着整个运算及芯片产业的发展。但是，近年来摩尔定律开始出现速度趋缓的迹象，而且按照这种趋势发展，2020～2025 年摩尔定律达到极限，所以产业不乏出现摩尔定律失效、将死的看法——但这会是计算机发展的终点吗？或许不会，因为已经有人走在量子计算机的路上。

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