? ?你有沒有想過，打開手機(jī)刷一條短視頻，背后的數(shù)據(jù)中心要消耗多少電？
? ?全球數(shù)據(jù)中心到2026年的耗電量會超出1000太瓦時(shí)，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(shù)字還在比較快地增長，國際能源署預(yù)測，到2030年，這個數(shù)字會一下子漲到945太瓦時(shí)。
? ?在咱們享受AI帶來的便捷之時(shí)，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(shí)候，斯坦福大學(xué)的科學(xué)家們在《自然·物理學(xué)》雜志上發(fā)布了一項(xiàng)開創(chuàng)性的研究，這個研究很可能給這場能源危機(jī)找到解決辦法，他們第一次在真實(shí)材料系統(tǒng)里直接測出了量子點(diǎn)的熵產(chǎn)生，這個物理量雖然比較抽象，但是實(shí)際上藏著微觀世界運(yùn)轉(zhuǎn)的能量秘密。
? ?所謂熵產(chǎn)生，簡單說就是衡量一個過程有多"浪費(fèi)"。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(jìn)的力卻有限。在納米尺度的量子器件中，熵產(chǎn)生描述的正是這種不可逆的能量損耗。
? ?斯坦福大學(xué)材料科學(xué)與工程教授AaronLindenberg帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)，用極其微小的量子點(diǎn)納米晶體做實(shí)驗(yàn)。
? ?這些量子點(diǎn)就會像螢火蟲那樣閃爍發(fā)光，當(dāng)加上電場的時(shí)候，閃爍的規(guī)律就會變

? ?研究生沈悅俊解釋說："電場關(guān)閉時(shí)，量子點(diǎn)遵循一種統(tǒng)計(jì)閃爍模式；電場開啟時(shí)，又是另一種模式。?我們用這種辦法制造非平衡態(tài)，這就代表著信息耗散"
? ?關(guān)鍵之處在于，他們把機(jī)器學(xué)習(xí)和物理模型結(jié)合起來，在調(diào)整參數(shù)之后算出了熵產(chǎn)生的精確數(shù)值，這就好像給微觀世界裝了一個能耗計(jì)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(xiàng)技術(shù)的意義可不只在實(shí)驗(yàn)室里
? ?你想，如果我們能測量并且優(yōu)化每一個量子比特、每一塊芯片的能量損耗，那就能設(shè)計(jì)出能效比較高的量子計(jì)算機(jī)，現(xiàn)在一臺量子系統(tǒng)耗電大概是18千瓦，比IBMSummit超級計(jì)算機(jī)低好幾個數(shù)量級，閑置的時(shí)候每天才耗432千瓦時(shí)，是傳統(tǒng)超級計(jì)算機(jī)的千分之一。
? ?在藥物研發(fā)這個領(lǐng)域里，量子計(jì)算正顯示出特別驚人的潛力，傳統(tǒng)的方法在模擬分子相互作用的時(shí)候，計(jì)算復(fù)雜度跟著原子數(shù)呈指數(shù)級往上漲，可是量子計(jì)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(fā)周期有可能從十年縮短到幾年，成本從數(shù)十億美元降到能承受的范圍。

? ?材料科學(xué)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(jīng)典計(jì)算機(jī)而言太過復(fù)雜，不過量子計(jì)算能夠更真實(shí)地對它們進(jìn)行模擬，進(jìn)而能加速綠色能源技術(shù)的突破，納米材料比如硅負(fù)極，理論容量可達(dá)3572mAhg，可是體積膨脹率能達(dá)到300%，經(jīng)過納米技術(shù)優(yōu)化之后，就能承受更高的機(jī)械應(yīng)力，達(dá)成更高的能量密度。
? ?不過，理想和現(xiàn)實(shí)之間有一道鴻溝，現(xiàn)在的量子計(jì)算機(jī)還處在含噪中等規(guī)模量子階段，錯誤率比較高，穩(wěn)定性也不太好，維持低溫環(huán)境得用復(fù)雜的制冷系統(tǒng)，這本身就是能源消耗的一個來源，更關(guān)鍵的是，從實(shí)驗(yàn)室的單個量子點(diǎn)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(jiān)管方面的挑戰(zhàn)也不能不重視。要是量子計(jì)算真的能很大程度上降低藥物研發(fā)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(shù)人的特權(quán)，當(dāng)量子計(jì)算加快材料設(shè)計(jì)的時(shí)候，又該怎么防止新材料帶來的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)，這些問題需要科學(xué)界、產(chǎn)業(yè)界還有政策制定者一起來應(yīng)對。
? ?Lindenberg教授的話或許說出了這項(xiàng)研究的真實(shí)價(jià)值，“要是你能夠直接測量驅(qū)動非平衡系統(tǒng)中的能量消耗，這樣就可以探尋不同辦法，去尋找優(yōu)化的法子，比如說讓設(shè)備用更少的能量運(yùn)行，或者跑得更快之類的”
? ?三到五年后，這項(xiàng)技術(shù)可能催生新一代量子芯片的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。工程師們將不再盲目試錯，而是依據(jù)精確的熵產(chǎn)生數(shù)據(jù)，像建筑師規(guī)劃圖紙一樣設(shè)計(jì)量子電路。那些最節(jié)能的量子算法將脫穎而出，成為行業(yè)基準(zhǔn)。

? ?但或許，這項(xiàng)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(fā)射，都遵循著熱力學(xué)第二定律，也就是熵總是在增多，我們沒辦法創(chuàng)造永動機(jī)，可是能夠通過精準(zhǔn)測量與優(yōu)化，讓每一焦耳能量發(fā)揮出最大價(jià)值。
? ?當(dāng)打開手機(jī)的時(shí)候，也許不要去想那些看不見的量子點(diǎn)往屏幕深處閃爍，它們每次跳動都和這個星球的未來有關(guān)系，能源不是用不完的，但人類的智慧比較可行。
? ? ?聲明：本文的內(nèi)容90%以上為自己的原創(chuàng)，少量素材借助AI幫助。但是，本文所有內(nèi)容都經(jīng)過自己嚴(yán)格審核。圖片素材全部都是來源真實(shí)素材簡單加工。所寫文章宗旨為：專注科技熱點(diǎn)的解讀，用簡單的語言拆解復(fù)雜的問題，無低俗等不良的引導(dǎo)，望讀者知悉。