手機一亮，量子點就在燃燒——我們正用便利兌換下一代能源危機

? ?你有沒有想過，打開手機刷一條短視頻，背后的數據中心要消耗多少電？
? ?全球數據中心到2026年的耗電量會超出1000太瓦時，這或許會讓人挺驚訝的，而且這個耗電量和日本全年用電量的總和是一樣的。

? ?更讓人不安的是，這個數字還在比較快地增長，國際能源署預測，到2030年，這個數字會一下子漲到945太瓦時。
? ?在咱們享受AI帶來的便捷之時，可曾想到，每一次對話、每一張生成的圖片，都在神不知鬼不覺地消耗著地球的能源
? ?2月9號的時候，斯坦福大學的科學家們在《自然·物理學》雜志上發布了一項開創性的研究，這個研究很可能給這場能源危機找到解決辦法，他們第一次在真實材料系統里直接測出了量子點的熵產生，這個物理量雖然比較抽象，但是實際上藏著微觀世界運轉的能量秘密。
? ?所謂熵產生，簡單說就是衡量一個過程有多"浪費"。就像你騎自行車，摩擦力越大，消耗的力氣越多，而真正用于前進的力卻有限。在納米尺度的量子器件中，熵產生描述的正是這種不可逆的能量損耗。
? ?斯坦福大學材料科學與工程教授AaronLindenberg帶領團隊，用極其微小的量子點納米晶體做實驗。
? ?這些量子點就會像螢火蟲那樣閃爍發光，當加上電場的時候，閃爍的規律就會變

? ?研究生沈悅俊解釋說："電場關閉時，量子點遵循一種統計閃爍模式；電場開啟時，又是另一種模式。?我們用這種辦法制造非平衡態，這就代表著信息耗散"
? ?關鍵之處在于，他們把機器學習和物理模型結合起來，在調整參數之后算出了熵產生的精確數值，這就好像給微觀世界裝了一個能耗計量表，能精確測出每一個納米級操作所消耗的能量到底是多少。
? ?這項技術的意義可不只在實驗室里
? ?你想，如果我們能測量并且優化每一個量子比特、每一塊芯片的能量損耗，那就能設計出能效比較高的量子計算機，現在一臺量子系統耗電大概是18千瓦，比IBMSummit超級計算機低好幾個數量級，閑置的時候每天才耗432千瓦時，是傳統超級計算機的千分之一。
? ?在藥物研發這個領域里，量子計算正顯示出特別驚人的潛力，傳統的方法在模擬分子相互作用的時候，計算復雜度跟著原子數呈指數級往上漲，可是量子計算利用量子疊加還有糾纏的原理，能夠比較高效地去評估好幾種分子配置，這就意味著，一種新藥的研發周期有可能從十年縮短到幾年，成本從數十億美元降到能承受的范圍。

? ?材料科學也跟著受益。更高效的電池、更厲害的催化劑、損耗更低的分離膜，這些材料的模擬對于經典計算機而言太過復雜，不過量子計算能夠更真實地對它們進行模擬，進而能加速綠色能源技術的突破，納米材料比如硅負極，理論容量可達3572mAhg，可是體積膨脹率能達到300%，經過納米技術優化之后，就能承受更高的機械應力，達成更高的能量密度。
? ?不過，理想和現實之間有一道鴻溝，現在的量子計算機還處在含噪中等規模量子階段，錯誤率比較高，穩定性也不太好，維持低溫環境得用復雜的制冷系統，這本身就是能源消耗的一個來源，更關鍵的是，從實驗室的單個量子點到能用的量子芯片，中間還有好多工程難題得解決。
? ?倫理和監管方面的挑戰也不能不重視。要是量子計算真的能很大程度上降低藥物研發成本，那誰來保證這些成果能讓普通患者得到好處，而不只是成為少數人的特權，當量子計算加快材料設計的時候，又該怎么防止新材料帶來的環境風險，這些問題需要科學界、產業界還有政策制定者一起來應對。
? ?Lindenberg教授的話或許說出了這項研究的真實價值，“要是你能夠直接測量驅動非平衡系統中的能量消耗，這樣就可以探尋不同辦法，去尋找優化的法子，比如說讓設備用更少的能量運行，或者跑得更快之類的”
? ?三到五年后，這項技術可能催生新一代量子芯片的設計標準。工程師們將不再盲目試錯，而是依據精確的熵產生數據，像建筑師規劃圖紙一樣設計量子電路。那些最節能的量子算法將脫穎而出，成為行業基準。

? ?但或許，這項研究真正要提示我們的是，微觀世界里的每一回躍遷、每一個光子發射，都遵循著熱力學第二定律，也就是熵總是在增多，我們沒辦法創造永動機，可是能夠通過精準測量與優化，讓每一焦耳能量發揮出最大價值。
? ?當打開手機的時候，也許不要去想那些看不見的量子點往屏幕深處閃爍，它們每次跳動都和這個星球的未來有關系，能源不是用不完的，但人類的智慧比較可行。
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