IBM研究院與蘇黎世聯邦理工學院剛剛簽署了一項新的研究協議，旨在為下一個計算時代創造算法基礎。這一合作關係歷史悠久，IBM與蘇黎世聯邦理工學院的關係可以追溯到70年前，正值IBM在蘇黎世建立分支機構之初。
蘇黎世實驗室的首任主管安布羅斯·施派瑟（Ambrose Speiser）是瑞士聯邦理工學院（ETH）的一位年輕計算機科學教授，由托馬斯·沃森二世親自聘請，負責建立一個由歐洲大陸最聰明人才組成的頂級歐洲實驗室。施派瑟後來在《IEEE計算歷史年鑒》中寫道："毫不意外地，蘇黎世的新IBM實驗室對尋求職位的年輕工程師來說是一個很有吸引力的選擇。因此，組建一個有能力的團隊並不困難。"
說是"有能力"還是低估了。儘管遠離IBM在紐約的主要研究實驗室，IBM蘇黎世分院發展成為了一個科學強國，擁有兩項諾貝爾獎，其發現為納米級半導體和電子學以及高性能科學計算鋪平了道路。
IBM與蘇黎世聯邦理工學院的緊密聯繫一直是成功公式的一部分。ETH為IBM提供新鮮人才，有時反之亦然，經驗豐富的研究人員離開IBM到ETH任教，確保學術界與工業界以及應用科學之間穩定的思想交流。
實驗室的卓越聲譽吸引了亞歷山德羅·庫里奧尼（Alessandro Curioni），當時他還是意大利精英學府比薩高等師範學校的博士生。他作為實習生來到IBM蘇黎世研究院，當時這裡是計算化學的熱點，並且從未真正離開過，除了返回比薩完成博士學位。
作為一名研究員，他將強大的計算機應用於科學問題，最終因其工作獲得了IBM院士這一享有盛譽的稱號。2016年，庫里奧尼轉向管理層，擔任歐洲和非洲副總裁，以及他二十年前作為實習生開始工作的蘇黎世實驗室負責人。我們最近與他坐下來談論IBM和ETH的下一個篇章，以及"AI乘以量子"的未來計算願景是什麼樣子。
實驗室歷程與合作基礎
蘇黎世實驗室今年迎來70周年——有趣的是，這一切都始於一位ETH教授！這一直是雙方機構持續交流、互動和成功的故事，這些機構在世界上都是獨一無二的。蘇黎世聯邦理工學院是歐洲最好的大學之一，擁有22項諾貝爾獎，其中一項授予了其最著名的校友阿爾伯特·愛因斯坦。IBM是世界上最古老、最持久的科技公司之一，擁有6項諾貝爾獎和7項圖靈獎。重要的是要把這看作只是一個新篇章。
下一個篇章的重點
我們正在為未來計算創造算法基礎，在這裡量子信息理論和經典信息理論結合在一起，擴展我們當前的應用並實現全新的應用。這一根本轉變將影響我們試圖在科學和商業中解決的95%的問題。IBM的投資將資助經典和量子算法領域的學生和項目。
個人研究歷程
庫里奧尼2006年作為實習生來到實驗室。IBM蘇黎世研究院在C4計算化學社區結構下與ETH有合作關係。他在博士期間來到這裡，因為這是做計算化學的領先場所。當他到達蘇黎世時，發現了世界上做研究的最佳場所。
成為全職科學家時，他擁有經典儀器來近似模擬分子。他使用世界上第一台IBM Power機器與ETH和C4做科學研究。然後轉向大規模並行計算機，試圖利用經典計算機進行量子模擬，碰到了所有可能的障礙。15年前，他開始使用IBM藍色基因和大規模並行計算來嘗試解決化學之外的計算有趣問題。他們合作創建了一個流體動力學應用，模擬壓力下塌陷氣泡雲，並獲得了2013年ACM戈登貝爾獎。
兩年後，2015年ACM戈登貝爾獎是另一個高性能計算項目，這次模擬地球地幔中的流動以理解產生地震的動力學。
重要項目成果
IBM研究院與蘇黎世聯邦理工學院還在2011年建立了納米技術中心。這是瑞士第一個大型公私投資，源於掃描隧道顯微鏡（STM），這是由實驗室的IBM物理學家格德·賓尼希（Gerd Binnig）和海因里希·羅勒（Heinrich Rohrer）發明的，後者本身就是ETH畢業生。他們都在1986年獲得了物理學諾貝爾獎。他們的工作具有突破性，因為它給了我們一種可視化和操縱自然的方法，一個原子一個原子地，並導致了納米技術的興起。
工作環境優勢
在蘇黎世工作最好的部分是其創新和生活質量都超出了標準。IBM是第一家到達這裡的科技公司，鄰近ETH校園。今天有谷歌、Meta、OpenAI等更多公司。這座城市仍然吸引着來自世界各地的最優秀人才。幾年前，ETH能夠吸引到2018年菲爾茲獎得主數學家亞歷西奧·菲加利（Alesso Figalli）。在這裡工作是因為這個生態系統。
未來展望
量子將大大降低模擬自然的計算複雜性。它將消除限制過去能夠完成工作的瓶頸。過去使用經典計算機模擬今天試圖模擬的相同事物，但計算複雜性如此糟糕，當擴大系統或增加精度時，會碰壁無法繼續。作為科學家這很令人沮喪。想要改變世界，但無法做到。
當項目中反覆碰壁時，他專註於做增量改進。多年來一直這樣做，從模擬分子開始，然後是溶劑中的分子，然後是界面上溶劑中的分子，以獲得更好更準確的結果。但感覺像堂吉訶德與風車作戰。每次推動牆壁一厘米，等待奇蹟發生。
管理轉型
一旦獲得IBM最高技術榮譽IBM院士後，他感到需要新的挑戰。自20歲聽到IBM蘇黎世研究人員因STM獲得諾貝爾獎的新聞以來，獲得諾貝爾獎一直是他的夢想。在某個時候他意識到獲得諾貝爾獎的概率並不高。他認為可以通過推動年輕一代為公司和世界做更多事情。當阿爾溫德（Krishna，當時的研究主管）要求他領導蘇黎世實驗室時，他只用了一個晚上就答應了。
AI與量子的協同效應
未來不會是AI加量子，而是AI乘以量子，因為量子計算將比今天更廣泛。量子將是一種使能技術。經典計算將成為量子計算的一部分，就像經典力學是量子力學的一部分一樣。這個量子計算引擎將使AI更加強大。同時，AI已經使量子更加強大。
他們今天使用AI來發明新的量子和經典算法，並在機器中更有效地實現它們。AI可以幫助以自主方式運行複雜模擬。一旦量子成為計算的基礎，運行在其上的AI將更加強大。AI乘以量子將產生乘數效應。
應用前景
量子力學最初是為了解釋經典力學無法解釋的物理問題而構想的。某樣東西如何能同時是粒子和波。後來意識到量子力學取代了經典力學。通過認識到一些問題對經典計算機來說計算效率太低，我們來到了量子計算。模擬自然就是其中之一。一直在談論數字孿生，建立自然的準確模型，但到目前為止數字孿生一直是糟糕的複製品。
如果能用量子計算機模擬自然的某個方面，他會選擇模擬電池。過去在一個創建新型鋰空氣電池以革命化能源存儲的項目中碰壁。當量子計算成熟時，認為將能夠準確研究這些過程。要模擬像電池這樣的設備並創建真正的數字孿生，需要將哈密頓模擬和隨機過程結合在一起。
這就是"AI乘以量子"發揮作用的地方。通過最好的經典和量子算法可以倍增它們的力量。這就是為什麼這次合作如此令人興奮。在世界上有多少地方可以說擁有技術和技能，同時也有傳承？IBM和ETH共同為納米技術和計算化學播種並一起發展了這些領域。現在，可以為計算再次做到這一點。
Q&A
Q1：IBM蘇黎世研究院與蘇黎世聯邦理工學院的合作歷史有多久？
A：IBM與蘇黎世聯邦理工學院的合作關係歷史悠久，可以追溯到70年前，正值IBM在蘇黎世建立分支機構之初。蘇黎世實驗室的首任主管就是瑞士聯邦理工學院的計算機科學教授，兩機構一直保持着學術界與工業界之間穩定的人才和思想交流。
Q2：AI乘以量子計算與傳統AI加量子計算有什麼區別？
A：未來不會是AI加量子，而是AI乘以量子。量子計算將成為更廣泛的使能技術，經典計算將成為量子計算的一部分。量子計算引擎將使AI更加強大，同時AI也能幫助發明新的量子算法。AI乘以量子將產生乘數效應，而不是簡單的相加關係。
Q3：量子計算在科學研究中最大的優勢是什麼？
A：量子計算將大大降低模擬自然的計算複雜性，消除過去限制研究工作的瓶頸。過去使用經典計算機模擬時，當擴大系統或增加精度時會碰壁無法繼續。量子計算能夠準確模擬電池等複雜設備，創建真正的數字孿生，而不是目前糟糕的複製品。
