IBM研究院与苏黎世联邦理工学院携手开启计算新时代

IBM研究院与苏黎世联邦理工学院刚刚签署了一项新的研究协议，旨在为下一个计算时代创造算法基础。这一合作关系历史悠久，IBM与苏黎世联邦理工学院的关系可以追溯到70年前，正值IBM在苏黎世建立分支机构之初。

苏黎世实验室的首任主管安布罗斯·施派瑟（Ambrose Speiser）是瑞士联邦理工学院（ETH）的一位年轻计算机科学教授，由托马斯·沃森二世亲自聘请，负责建立一个由欧洲大陆最聪明人才组成的顶级欧洲实验室。施派瑟后来在《IEEE计算历史年鉴》中写道：”毫不意外地，苏黎世的新IBM实验室对寻求职位的年轻工程师来说是一个很有吸引力的选择。因此，组建一个有能力的团队并不困难。”

说是”有能力”还是低估了。尽管远离IBM在纽约的主要研究实验室，IBM苏黎世分院发展成为了一个科学强国，拥有两项诺贝尔奖，其发现为纳米级半导体和电子学以及高性能科学计算铺平了道路。

IBM与苏黎世联邦理工学院的紧密联系一直是成功公式的一部分。ETH为IBM提供新鲜人才，有时反之亦然，经验丰富的研究人员离开IBM到ETH任教，确保学术界与工业界以及应用科学之间稳定的思想交流。

实验室的卓越声誉吸引了亚历山德罗·库里奥尼（Alessandro Curioni），当时他还是意大利精英学府比萨高等师范学校的博士生。他作为实习生来到IBM苏黎世研究院，当时这里是计算化学的热点，并且从未真正离开过，除了返回比萨完成博士学位。

作为一名研究员，他将强大的计算机应用于科学问题，最终因其工作获得了IBM院士这一享有盛誉的称号。2016年，库里奥尼转向管理层，担任欧洲和非洲副总裁，以及他二十年前作为实习生开始工作的苏黎世实验室负责人。我们最近与他坐下来谈论IBM和ETH的下一个篇章，以及”AI乘以量子”的未来计算愿景是什么样子。

实验室历程与合作基础

苏黎世实验室今年迎来70周年——有趣的是，这一切都始于一位ETH教授！这一直是双方机构持续交流、互动和成功的故事，这些机构在世界上都是独一无二的。苏黎世联邦理工学院是欧洲最好的大学之一，拥有22项诺贝尔奖，其中一项授予了其最著名的校友阿尔伯特·爱因斯坦。IBM是世界上最古老、最持久的科技公司之一，拥有6项诺贝尔奖和7项图灵奖。重要的是要把这看作只是一个新篇章。

下一个篇章的重点

我们正在为未来计算创造算法基础，在这里量子信息理论和经典信息理论结合在一起，扩展我们当前的应用并实现全新的应用。这一根本转变将影响我们试图在科学和商业中解决的95%的问题。IBM的投资将资助经典和量子算法领域的学生和项目。

个人研究历程

库里奥尼2006年作为实习生来到实验室。IBM苏黎世研究院在C4计算化学社区结构下与ETH有合作关系。他在博士期间来到这里，因为这是做计算化学的领先场所。当他到达苏黎世时，发现了世界上做研究的最佳场所。

成为全职科学家时，他拥有经典仪器来近似模拟分子。他使用世界上第一台IBM Power机器与ETH和C4做科学研究。然后转向大规模并行计算机，试图利用经典计算机进行量子模拟，碰到了所有可能的障碍。15年前，他开始使用IBM蓝色基因和大规模并行计算来尝试解决化学之外的计算有趣问题。他们合作创建了一个流体动力学应用，模拟压力下塌陷气泡云，并获得了2013年ACM戈登贝尔奖。

两年后，2015年ACM戈登贝尔奖是另一个高性能计算项目，这次模拟地球地幔中的流动以理解产生地震的动力学。

重要项目成果

IBM研究院与苏黎世联邦理工学院还在2011年建立了纳米技术中心。这是瑞士第一个大型公私投资，源于扫描隧道显微镜（STM），这是由实验室的IBM物理学家格德·宾尼希（Gerd Binnig）和海因里希·罗勒（Heinrich Rohrer）发明的，后者本身就是ETH毕业生。他们都在1986年获得了物理学诺贝尔奖。他们的工作具有突破性，因为它给了我们一种可视化和操纵自然的方法，一个原子一个原子地，并导致了纳米技术的兴起。

工作环境优势

在苏黎世工作最好的部分是其创新和生活质量都超出了标准。IBM是第一家到达这里的科技公司，邻近ETH校园。今天有谷歌、Meta、OpenAI等更多公司。这座城市仍然吸引着来自世界各地的最优秀人才。几年前，ETH能够吸引到2018年菲尔兹奖得主数学家亚历西奥·菲加利（Alesso Figalli）。在这里工作是因为这个生态系统。

未来展望

量子将大大降低模拟自然的计算复杂性。它将消除限制过去能够完成工作的瓶颈。过去使用经典计算机模拟今天试图模拟的相同事物，但计算复杂性如此糟糕，当扩大系统或增加精度时，会碰壁无法继续。作为科学家这很令人沮丧。想要改变世界，但无法做到。

当项目中反复碰壁时，他专注于做增量改进。多年来一直这样做，从模拟分子开始，然后是溶剂中的分子，然后是界面上溶剂中的分子，以获得更好更准确的结果。但感觉像堂吉诃德与风车作战。每次推动墙壁一厘米，等待奇迹发生。

管理转型

一旦获得IBM最高技术荣誉IBM院士后，他感到需要新的挑战。自20岁听到IBM苏黎世研究人员因STM获得诺贝尔奖的新闻以来，获得诺贝尔奖一直是他的梦想。在某个时候他意识到获得诺贝尔奖的概率并不高。他认为可以通过推动年轻一代为公司和世界做更多事情。当阿尔温德（Krishna，当时的研究主管）要求他领导苏黎世实验室时，他只用了一个晚上就答应了。

AI与量子的协同效应

未来不会是AI加量子，而是AI乘以量子，因为量子计算将比今天更广泛。量子将是一种使能技术。经典计算将成为量子计算的一部分，就像经典力学是量子力学的一部分一样。这个量子计算引擎将使AI更加强大。同时，AI已经使量子更加强大。

他们今天使用AI来发明新的量子和经典算法，并在机器中更有效地实现它们。AI可以帮助以自主方式运行复杂模拟。一旦量子成为计算的基础，运行在其上的AI将更加强大。AI乘以量子将产生乘数效应。

应用前景

量子力学最初是为了解释经典力学无法解释的物理问题而构想的。某样东西如何能同时是粒子和波。后来意识到量子力学取代了经典力学。通过认识到一些问题对经典计算机来说计算效率太低，我们来到了量子计算。模拟自然就是其中之一。一直在谈论数字孪生，建立自然的准确模型，但到目前为止数字孪生一直是糟糕的复制品。

如果能用量子计算机模拟自然的某个方面，他会选择模拟电池。过去在一个创建新型锂空气电池以革命化能源存储的项目中碰壁。当量子计算成熟时，认为将能够准确研究这些过程。要模拟像电池这样的设备并创建真正的数字孪生，需要将哈密顿模拟和随机过程结合在一起。

这就是”AI乘以量子”发挥作用的地方。通过最好的经典和量子算法可以倍增它们的力量。这就是为什么这次合作如此令人兴奋。在世界上有多少地方可以说拥有技术和技能，同时也有传承？IBM和ETH共同为纳米技术和计算化学播种并一起发展了这些领域。现在，可以为计算再次做到这一点。

Q&A

Q1：IBM苏黎世研究院与苏黎世联邦理工学院的合作历史有多久？

A：IBM与苏黎世联邦理工学院的合作关系历史悠久，可以追溯到70年前，正值IBM在苏黎世建立分支机构之初。苏黎世实验室的首任主管就是瑞士联邦理工学院的计算机科学教授，两机构一直保持着学术界与工业界之间稳定的人才和思想交流。

Q2：AI乘以量子计算与传统AI加量子计算有什么区别？

A：未来不会是AI加量子，而是AI乘以量子。量子计算将成为更广泛的使能技术，经典计算将成为量子计算的一部分。量子计算引擎将使AI更加强大，同时AI也能帮助发明新的量子算法。AI乘以量子将产生乘数效应，而不是简单的相加关系。

Q3：量子计算在科学研究中最大的优势是什么？

A：量子计算将大大降低模拟自然的计算复杂性，消除过去限制研究工作的瓶颈。过去使用经典计算机模拟时，当扩大系统或增加精度时会碰壁无法继续。量子计算能够准确模拟电池等复杂设备，创建真正的数字孪生，而不是目前糟糕的复制品。