巾帼不让须眉：她是量子计算机的全球领先人物
放眼全球，不论是工程师、物理学家还是数学家都在竞相对各种特殊材料进行测试，希望打造出世界上第一台量子计算机。量子计算机的性能足以在数小时内处理好现有计算机需要耗费数百万年时间才能处理好的庞大数据。
当前研究人员已经对铯、铝、氮化铌、氮化钛以及钻石等特殊物质进行过实验，以求证哪一类物质的粒子可以更好地维持量子叠覆状态，在这个与常识相违背的状态下粒子将同时以多个状态存在。
但来自澳大利亚新南威尔士大学（University of New South Wales）的研究人员却决定将一种成本低廉且已被广泛使用的硅材料作为量子计算机的载体，这种硅材料是现代电子设备的基础材料。目前该研究小组已经在研究中取得了重大进展。
研究小组成员认为由于硅材料目前已经被广泛用于手提电脑及移动电话当中，因此一旦证明该材料可以作为量子计算机的载体，要制造出世界上第一台可以运行的量子计算机将会变得更加容易。事实证明，他们的信念最终得到了回报。
这个研究团队在 2015 年 12 月取得了重大进展。澳洲电信公司（Telstra）宣布将于未来 5 年内向该团队提供 1 千万美元的资金，用于赞助与量子计算及通讯技术相关的研究工作。澳大利亚联邦银行（Commonwealth Bank of Australia）也承诺将向该团队提供 1 千万美元的研究资金。
米歇尔 · 西蒙斯（Michelle Simmons）教授在该研究中心担任主任一职，她本人更是在国际享有盛誉的量子领域研究者。在 90 年代末期，西蒙斯曾经在剑桥大学（Cambridge University）的卡文迪什实验室（Cavendish Laboratory）担任出任人员一职，研究领域是量子电子学。在卡文迪什实验室期间，西蒙斯曾经阅读过布鲁斯 · 凯恩博士（Dr Bruce Kane）的一篇学术论文，当时凯恩博士正在新南威尔士大学从事量子领域的研究工作。在论文中，凯恩博士提出了将原子内嵌于硅材料之上以打造出可扩展的量子计算机的理论假设。
「这个理论的可操作性并不理想，可是一旦得到实现，其所蕴含的价值将无可限量。」西蒙斯说道。
「这个理论假设的依据是打造出一定数量的单原子设备，但当时的技术水平并不具备打造单原子设备的条件。在论文中，凯恩博士提出了两种可以打造出单原子设备的方法，这两种方法和我在剑桥大学所使用的非常相似。在思考片刻以后，我认定这个理论可以被实现，我有这个信心。」
在 1999 年，西蒙斯申请加入新南威尔士大学在当时正在组建的一个研究团队，该团队的任务正是打造出凯恩博士在论文中所提及的部件。自加入以来，为了将凯恩博士的量子计算机理论转化为现实，西蒙斯一直在努力着。
「在硅材料的研究中，我们在过去 5 年中一直处于领先地位。」西蒙斯说道，「自 2010 年以来，我们所发布的研究成果表明我们可以用单原子的形式进行编码，并在硅材料之内打造出系统。我们甚至还可以对硅材料内的系统进行操控。」
在 2015 年 10 月，由新南威尔士大学安德鲁 · 苏拉克教授（Prof Andrew Dzurak）带领的研究团队克服了让量子计算机走向现实的一个重大难题，他们在硅材料上实现了量子比特之间的计算。换而言之，他们是世界上第一个让量子比特实现交流的研究团队。
为了实现量子比特之间的交流效果，苏拉克教授的研究团队构造了一种被称为「量子逻辑门」（Quantum Logic Gate）的设备，正是这个设备让两个量子比特之间可以实现运算功能。除了苏拉克教授的团队以外，还没有其他研究人员成功让量子比特之间实现交流以创造出逻辑门，这是使用硅材料打造出量子计算机的基石。量子计算机需要使用次原子粒子作为处理单元（和一般计算机所使用的晶体管不同），这是其惊人性能的保证。
一个月后，该中心另一个由安德里亚 · 莫雷诺教授（Prof Andrea Morello）带领的研究小组展示了量子级别的计算机代码可被书写在硅质微芯片上，并以前所未有的精度完成了这项举措。
通过将两个量子比特（分别为单磷原子的电子和原子核）解除绑定，研究人员证明了处于分离状态的粒子之间仍然存在着关联，因此作用于其中一个粒子的动作也会对另一个粒子产生影响。这次解绑实验表明了和传统计算机所使用的标准数字代码相比，研究人员已经具备使用更为丰富的量子级别的计算语言或代码的能力。这类特殊代码是量子计算机的运行基础。
「现在我们正在构建全球第一个量子级别的集成电路，我们希望可以在 2020 年之前将成品打造出来。」西蒙斯说道，「除此以外，我们必须开展纠错工作，以便在芯片出错的情况下计算机仍可以通过多个平衡进程以消除错误。纠错工作的完成尚需要约 5 年的时间。」
「现在我们证明了自己有能力在基础阶段上控制好量子化状态，真正的问题是我们何时才可以打造出比传统计算机的处理器更快的量子级别处理器？」
「这意味着我们需要从小比例模型阶段向具备综合处理能力的设备和原型阶段转移。这正是挑战所在，我们预计将在未来 10 年内完成这项工作。」
西蒙斯教授曾于 2011 年荣获「新南威尔士年度科学家」（NSW Scientist of the Year）的称号，并于 2015 年早期荣获尤里卡奖（Eureka Prize）。一直以来，西蒙斯都致力于让量子计算的美丽新世界早日实现。她认为我们需要更从容地面对技术的发展，以免在高新技术商用化时感到不知所措。
西蒙斯曾经在 TEDx 上向数千人解释她所从事的工作，她还和团队一起制作了一些和其研究项目相关的解锁视频。在视频中，西蒙斯和团队通过类比法向人们解释量子计算机所具备的超凡处理能力。
「驱使我前进的并不仅仅是我对于这份工作的热爱，尽管在工作中我确实可以给崭露头角的研究人员提供指导。更重要的是我希望证明其他人的观点是错误的。」西蒙斯说道。
「这得从我小时候说起。小时候我的父亲经常和哥哥一起下象棋，我会坐在他们身边旁观并学习其中的规则。有一天我向父亲提出对弈请求，尽管他对我的棋艺不屑一顾，但最终还是答应了我的请求。结果我在第一局就战胜了父亲。但人们不对你抱有任何期待的时候，你总会有种希望证明他们错误的冲动。」
西蒙斯之所以会选择踏上科研的道路，还得感谢她在高中阶段所遇到的一位「伯乐」——她的高中物理老师。他会在课堂上让西蒙斯向全班同学解释一些高深的物理学概念，当时西蒙斯的梦想是成为一名宇航员。
「一天我的物理老师把我带到了校长的办公室。进入办公室后，他拿起了话筒，拨打了一串数字然后将话筒递了给我。原来他之前已经和一名美国宇航员取得了联系，并说服他亲自为我讲解成为一名宇航员所需要的条件。」
「我的老师坚信我可以实现自己的梦想，她的信念给我带来了很大的影响。我曾经尝试和他取得联系并向其告知自己的近况，但很遗憾，我至今还未能和他取得联系。」
现在西蒙斯的工作非常繁忙，除了自身的研究工作之外，她还需要阅读大量研究论文以跟进量子领域的最新进展。西蒙斯每周需要工作 6 天。
量子计算机将赋予人们从极庞大的数据集中快速获取信息的能力，这种能力将会为医疗、国家安全及航空等领域带来颠覆性的变革。
「这份工作所占据的时间和经理实在是太多了，目前我每个周日都要工作。我有 3 个小孩，这对他们实在太不公平了。」西蒙斯说道。
「一旦占据了国际领先的地位，你的每一个环节都需要跟上，这将占据大量时间。但我相信生活中绝大多数事情都是这样，只要你喜欢，你就有动力去完成工作。」
文章来源：theguardian，由 TECH2IPO / 创见 阮嘉俊 编译，首发于 TECH2IPO / 创见
