手机一亮，量子点就在燃烧——我们正用便利兑换下一代能源危机

​ ​你有没有想过，打开手机刷一条短视频，背后的数据中心要消耗多少电？
​ ​全球数据中心到2026年的耗电量会超出1000太瓦时，这或许会让人挺惊讶的，而且这个耗电量和日本全年用电量的总和是一样的。

​ ​更让人不安的是，这个数字还在比较快地增长，国际能源署预测，到2030年，这个数字会一下子涨到945太瓦时。
​ ​在咱们享受AI带来的便捷之时，可曾想到，每一次对话、每一张生成的图片，都在神不知鬼不觉地消耗着地球的能源
​ ​2月9号的时候，斯坦福大学的科学家们在《自然·物理学》杂志上发布了一项开创性的研究，这个研究很可能给这场能源危机找到解决办法，他们第一次在真实材料系统里直接测出了量子点的熵产生，这个物理量虽然比较抽象，但是实际上藏着微观世界运转的能量秘密。
​ ​所谓熵产生，简单说就是衡量一个过程有多"浪费"。就像你骑自行车，摩擦力越大，消耗的力气越多，而真正用于前进的力却有限。在纳米尺度的量子器件中，熵产生描述的正是这种不可逆的能量损耗。
​ ​斯坦福大学材料科学与工程教授AaronLindenberg带领团队，用极其微小的量子点纳米晶体做实验。
​ ​这些量子点就会像萤火虫那样闪烁发光，当加上电场的时候，闪烁的规律就会变

​ ​研究生沈悦俊解释说："电场关闭时，量子点遵循一种统计闪烁模式；电场开启时，又是另一种模式。​我们用这种办法制造非平衡态，这就代表着信息耗散"
​ ​关键之处在于，他们把机器学习和物理模型结合起来，在调整参数之后算出了熵产生的精确数值，这就好像给微观世界装了一个能耗计量表，能精确测出每一个纳米级操作所消耗的能量到底是多少。
​ ​这项技术的意义可不只在实验室里
​ ​你想，如果我们能测量并且优化每一个量子比特、每一块芯片的能量损耗，那就能设计出能效比较高的量子计算机，现在一台量子系统耗电大概是18千瓦，比IBMSummit超级计算机低好几个数量级，闲置的时候每天才耗432千瓦时，是传统超级计算机的千分之一。
​ ​在药物研发这个领域里，量子计算正显示出特别惊人的潜力，传统的方法在模拟分子相互作用的时候，计算复杂度跟着原子数呈指数级往上涨，可是量子计算利用量子叠加还有纠缠的原理，能够比较高效地去评估好几种分子配置，这就意味着，一种新药的研发周期有可能从十年缩短到几年，成本从数十亿美元降到能承受的范围。

​ ​材料科学也跟着受益。更高效的电池、更厉害的催化剂、损耗更低的分离膜，这些材料的模拟对于经典计算机而言太过复杂，不过量子计算能够更真实地对它们进行模拟，进而能加速绿色能源技术的突破，纳米材料比如硅负极，理论容量可达3572mAhg，可是体积膨胀率能达到300%，经过纳米技术优化之后，就能承受更高的机械应力，达成更高的能量密度。
​ ​不过，理想和现实之间有一道鸿沟，现在的量子计算机还处在含噪中等规模量子阶段，错误率比较高，稳定性也不太好，维持低温环境得用复杂的制冷系统，这本身就是能源消耗的一个来源，更关键的是，从实验室的单个量子点到能用的量子芯片，中间还有好多工程难题得解决。
​ ​伦理和监管方面的挑战也不能不重视。要是量子计算真的能很大程度上降低药物研发成本，那谁来保证这些成果能让普通患者得到好处，而不只是成为少数人的特权，当量子计算加快材料设计的时候，又该怎么防止新材料带来的环境风险，这些问题需要科学界、产业界还有政策制定者一起来应对。
​ ​Lindenberg教授的话或许说出了这项研究的真实价值，“要是你能够直接测量驱动非平衡系统中的能量消耗，这样就可以探寻不同办法，去寻找优化的法子，比如说让设备用更少的能量运行，或者跑得更快之类的”
​ ​三到五年后，这项技术可能催生新一代量子芯片的设计标准。工程师们将不再盲目试错，而是依据精确的熵产生数据，像建筑师规划图纸一样设计量子电路。那些最节能的量子算法将脱颖而出，成为行业基准。

​ ​但或许，这项研究真正要提示我们的是，微观世界里的每一回跃迁、每一个光子发射，都遵循着热力学第二定律，也就是熵总是在增多，我们没办法创造永动机，可是能够通过精准测量与优化，让每一焦耳能量发挥出最大价值。
​ ​当打开手机的时候，也许不要去想那些看不见的量子点往屏幕深处闪烁，它们每次跳动都和这个星球的未来有关系，能源不是用不完的，但人类的智慧比较可行。
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