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200秒完成6億年工作,中國量子計算機「九章」如何碾壓美國和日本的計算機?

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200秒完成6億年工作,中國量子計算機「九章」如何碾壓美國和日本的計算機?
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200秒完成6億年工作,中國量子計算機「九章」如何碾壓美國和日本的計算機?

2020年12月05日 15:25 最後更新:15:27

中國量子計算機「九章」花200秒能完成的工作,目前世界上最快的超級計算機「富岳」(日本富士通與日本理化學研究所共同開發的超級電腦),要工作6億年。

中國的「九章」面世。

中國的「九章」面世。

12月4日,中國科學技術大學宣佈潘建偉、陸朝陽等的研究團隊,成功構建76個光子的量子計算機「九章」,根據現有理論,它比日本的「富岳」超級計算機快100萬億倍。

《科學》期刊也在刊登了這一重磅成果。

《科學》期刊也在刊登了這一重磅成果。

100萬億,就是1後面跟著足足14個0,這個巨大的數字讓人頭暈目眩。頂級學術期刊《科學》也在今天刊登了這一重磅成果,審稿人們的評價同樣難掩激動:「一個重大成就」、「一個最先進的實驗」。

媒體第一時間,求教「九章」團隊核心成員、2019年「科學探索獎」獲獎人、中科大教授陸朝陽,只想搞清楚一個問題:「九章」,這個得名於中國古代最早數學專著《九章算術》的量子計算原型機,到底有多厲害?

中科大教授陸朝陽。

中科大教授陸朝陽。

對「九章」的每一篇報道,都會提到一個詞「量子優越性」。有了「九章」,中國成為全球第二個實現「量子優越性」的國家,也確立了國際量子計算研究中第一方陣的地位。

什麼是「量子優越性」?陸朝陽這樣告訴我們:「如果量子計算原型機,在某個問題上的計算能力超過了最強的傳統計算機,就證明量子計算在未來有多方超越的可能。」

或者說得再通俗一點。儘管理論勾勒出的美好前景令人神往,但量子計算還需要在現實中證明自己的實力。科學家們選擇了極端複雜的問題來考驗量子計算,讓它在實際應用中「秀出肌肉」。證明「量子優越性」,被認為是量子計算從理論到實踐「里程碑式的轉折點」。

「我行。」這是「九章」給出的答案。如果將樣本擴大到100億個,「九章」只需要10小時,但超級計算機需要1200億年,而地球從誕生至今,只有約46億年。通過「九章」,量子計算的並行計算能力,全面碾壓了傳統計算機。這就是「量子優越性」,因為差距過於誇張,」量子優越性「甚至被稱為「量子霸權」。

「九章」的主要對手,是美國谷歌的量子計算機「懸鈴木」,也可以算一筆賬。

「懸鈴木」選擇解決的問題,大方向也都是量子採樣,「九章」主攻「高斯玻色採樣」,「懸鈴木」選擇「隨機線路採樣」。

懸鈴屠龍 號令天下 九章不出 誰與爭鋒 。中國科學技術大學 圖片

懸鈴屠龍 號令天下 九章不出 誰與爭鋒 。中國科學技術大學 圖片

相比「懸鈴木」,「九章」有三大優勢:一是速度更快。雖然算的不是同一個數學問題,但與最快的超算等效比較,「九章」比「懸鈴木」快100億倍。

二是環境適應性。由於採用超導體系,「懸鈴木」必須全程在零下273.12℃(30mK)的超低溫環境下運行,而「九章」除了探測部分需要零下269.12攝氏度的環境外,其他部分可以在室溫下運行。

三是彌補了技術漏洞。「懸鈴木」只有在小樣本的情況下快於超算,「九章」在小樣本和大樣本上均快於超算。

「九章」開發者陸朝陽說,「打個比方,就是谷歌的機器短跑可以跑贏超算,長跑跑不贏;我們的機器短跑和長跑都能跑贏。」

「九章」的輸出態空間(量子糾纏可能出現的狀態)達到了10的30次方,記錄這些狀態,用光世界上左右的內存、硬盤、光盤還不夠,「懸鈴木」的輸出態空間則是10的16次方,兩者相差十幾個數量級。」陸朝陽表示。

值得一提的是,量子計算走到今天,已然展現出了誘人的應用前景。基於「九章號」量子計算原型機的「高斯玻色取樣算法」在圖論、機器學習、量子化學等領域具有潛在應用,將是後續發展的重要方向。

50匹馬和一根頭髮絲。

「我們需要50路光子同時通過20多米的光層,每一路都要保持25納米的精度,這相當於你讓50匹馬一起跑過100公里,必須同時到達,每匹馬的誤差,不能超過一根頭髮絲。」陸朝陽對於「九章」實現難度的形容,讓人倒抽一口冷氣。

「從工作想法來說,‘九章’的創新在於以壓縮態作為輸入來源,來做高斯玻色採樣,在具體實現方面,發展了四項關鍵性的技術。」陸朝陽介紹說。證明「量子優越性」不光要能計算,還要能出題,能測量。

「50匹馬和一根頭髮絲的比喻,是在形容我們達到的10的負9次方的鎖相精度,除此之外,我們還提供了國際上唯一一個具備高效率、高全同性、高亮度和大規模擴展能力的量子光源,構建起大規模、全聯通、通過率接近100%的矩陣相位,還能以非常高的效率來探測收集到的單光子,這其中每一項,都是一個很大的挑戰。」陸朝陽進一步解釋。

高品質光子源、高精度鎖相、規模化干涉……一項項創新與突破,讓「九章」後來居上。專用機?通用機?「九章」的強悍實力,讓圍觀群眾很難不隨之聯想,「除了實現‘量子優越性’,只能解決特定問題的‘九章’還有什麼用?」再進一步,就像傳統計算機花了20多年,走過從專用到通用的歷程一樣,我們離通用量子計算機還有多遠?

「很多人對通用量子計算機,有非常強大的執念。」陸朝陽說,「其實我想告訴大家,如果我們能產生一些有實用價值的專用量子計算機,已經有很大的社會和商業價值,比如‘九章’解決的,其實是數學問題,未來可以映射到制藥、材料設計等很多領域,每個問題的解決,可能都是個百億美元級別的產業。」

「九章」相當於76個量子比特,而通用量子計算機可能需要上千萬個量子比特。「過高的期望,隨之會產生大量的泡沫。」陸朝陽介紹說,「對於通用量子計算機,我們普遍認為,還需要15-20年的時間,每一個專用機,都是量子計算前進路上的墊腳石。只有一步一步走,沿途下蛋,才能保證量子計算領域的健康發展,避免‘量子寒冬’的到來。」




毛拍手

** 博客文章文責自負,不代表本公司立場 **

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毛拍手

特朗普政府挑起全球貿易戰已逾月,事態演變大大超出美方預料。不僅中國政府率先亮出「奉陪到底」的鮮明態度,國際社會的反霸凌聲浪也愈加高漲。

《北京日報》旗下微信公眾號「長安街知事」注意到,著眼於美方亂拳橫出、中國見招拆招的戰局,中國國內輿論場的風向也在變化。曾經頗有市場的「中國必敗論」「光速投降論」等偃旗息鼓,越來越多的人認識到中國「心中有數、手中有牌」。

當此之時,亦有新的錯誤觀點出現。

一種是「見好就收」,認為中國「硬剛」下去終難持久,如今特朗普政府似有鬆動,應當點到為止、少輸當贏,盡快讓步妥協達成協議,避免進入艱苦的戰略相持階段。

另一種是「勝利在望」,看到美國出手混亂「口風」軟化就認為「美國怕了」,樂觀預測貿易戰勝負已分,中國馬上就能取得徹底勝利。

那麼,這些論調錯在何處,又該如何理性看待中美此輪鬥爭呢?

中共中央文獻研究室編著的《毛澤東傳》寫道:「《論持久戰》這部著作,處處充滿了辯證法,充滿了唯物主義,在觀察事物的方法論意義上有著普遍的價值。」

1938年5月,隨著淞滬會戰失敗,徐州失守,武漢危急,中國社會一片混亂、眾聲喧嘩。在這一關鍵時刻,毛主席冷靜分析國內外形勢,用7天7夜撰寫了《論持久戰》演講稿。在這篇文章中,毛主席沒有引用多少晦澀難懂的概念加以推理,通篇文章就是運用辯證唯物主義和歷史唯物主義去分析抗日戰爭,有力批駁了種種錯誤論調,為中國人民奪取抗日戰爭勝利廓清了認知迷霧。

「欲知大道,必先為史」。盡管今天的中美鬥爭性質上不能等同於抗戰,但兩者的結果都關乎國家走向和民族尊嚴。亂雲飛渡中,不妨重讀《論持久戰》,體悟「危與機同生並存」的辯證思想,以及中國「為什麼會有最後勝利」的戰略眼光。

1938年春,毛澤東在延安窯洞撰寫《論持久戰》。

1938年春,毛澤東在延安窯洞撰寫《論持久戰》。

特朗普政府狂風驟雨般打出關稅組合拳,意圖就是速戰速決,用巨大威壓脅迫對手服軟,在短期內達成不平等交易,實現利益收割最大化。

面對刀俎,不少國家曾幻想「以身飼狼」求得片刻苟安。但對中國而言,指望單方面妥協「求放過」是根本行不通的。

作為全球第二大經濟體,今日中國的體量就擺在那裡,再伏低做小,於冷戰思維的鐵腦瓜看來,也必要除之而後快。特朗普政府揮舞關稅大棒,試圖敲詐勒索封喉奪命,手段之霸道與凌厲前所未有,這是對中國國家主權和尊嚴的極限挑釁,中國沒有半點讓步的空間,更沒有半點屈從的理由。

此輪美國加徵關稅的對象涵蓋全球180多個國家和地區,是對世界貿易體系的嚴重破壞。中國作為負責任的大國,堅決反制美方關稅霸凌行徑,不僅是捍衛自身主權安全發展利益,更是捍衛多邊主義、維護世界貿易體系的正義之舉。

更何況,如今的特朗普政府,可謂翻臉如翻書、視國家信譽如無物,每天都在否定前一天的自己,甚至連日放出「中國已上門求談」之類假消息混淆視聽。面對霸權主義「交易的藝術」,中國忍一時,換不來風平浪靜,退一步,得不到海闊天空,對方只會得寸進尺、予取予求。眼下,在美方分明還在繼續玩弄手段之時,中國豈能一廂情願指望口頭表態或一紙承諾有什麼保質期呢?

「鬥爭是團結的手段,團結是鬥爭的目的。」無論從哪個角度分析,中國都不得不奮起反擊、背水一戰,不能犯遇到問題和矛盾繞道走不願鬥爭的「軟骨症」、畏首畏尾不敢鬥爭的「恐懼症」和希望天下太平迴避鬥爭的「妄想症」。

面對全世界的反對聲浪以及美國資本市場動盪、物價全面上漲,近幾日特朗普政府的態度確實出現了一些緩和,定向「關稅豁免」等政策與最初的狂妄姿態形成鮮明對比。那麼,這是不是意味著,中國很快會贏得勝利?答案顯然是否定的。

美方的第一輪攻勢無疑踢到了鐵板,但中國必須看清中美博弈的長期性和殘酷性。其一,盡管美國正無可挽回地走向衰落,但今天的美國在經濟總量、科技水平、企業創新、人才數量等各個方面仍具優勢。在力量對比尚未發生根本性逆轉的階段,美國「下狠手」,必然會對中國造成一定衝擊。

其二,總體來看,遏制中國發展是美國的一項長期戰略。二戰結束以來,對於世界第二,美國從來都是竭盡一切手段進行打壓,因此即便兩黨輪流坐莊各唱各調,美國對華封鎖遏制也不會真的翻篇。

其三,中國發展勢頭強勁,擁有完整的工業體系、規模巨大的市場容量和充足的高素質的人力資源,以及集中力量辦大事的制度優勢。這賦予中國發展的韌性和迴旋空間,但客觀地說,中國在擴大內需、產業結構、科技創新等方面還存在短板,還有很多問題需要認真解決。

鑒於上述種種,中美最有可能的,是處於長期反覆博弈的狀態。正如《論持久戰》中所言,「沒有一定條件,速勝只存在於頭腦之中,客觀上是不存在的,只是幻想和假道理。」只有堅持實事求是,具體問題具體分析,中國才能確保贏得最後的勝利。

《論持久戰》

《論持久戰》

諾貝爾經濟學獎獲得者、美國著名經濟學家施蒂格利茨曾諷刺:「美國議員依賴1%的錢連任,為1%的人服務,甚至離任時再靠1%的人賞賜。」

今天美國社會內部所積累的各種矛盾,歸根結底是資本主義體制惡化造成的。而美國政府作為資本利益的代言人,絕無可能「自我革命」,真正去解決矛盾根源,必然是通過壓制、敲詐、盤剝等手段,向外轉移矛盾。這就決定了,無論是貿易戰、關稅戰,還是其他什麼戰,美國的所作所為都是自身矛盾不可調和之後,帶有掙扎性質、賭徒心態和甩鍋目標的冒險行為,注定是逆人類歷史潮流而動的。相比之下,今天的中國作為「賦能型大國」,始終秉持人類命運共同體的發展理念,堅定地站在維護全球化和正常貿易秩序一邊,主張互利共贏,反對單邊主義。

同時,中國的發展從來不是別人恩賜的結果,而是億萬人民自力更生、艱苦奮鬥爭取來的結果。新中國成立七十多年,中國始終於封鎖中突圍,在打壓中超越,積累了豐富的鬥爭經驗。這決定了,中國的「奉陪到底」,不是口頭說說,而是符合歷史規律的,是正義的、進步的、得道多助的,「時與勢在中國一邊,勝利最終屬於中國」。

人民群眾是歷史真正的創造者。在《論持久戰》中,毛主席將之總結為「兵民是勝利之本」。放在當代背景下,這一思想可以延伸為「全民一心,集中精力辦好自己的事」,即在中美博弈的持久戰中,更關鍵的是要實現中國自身的發展、完善、進步和成長。

從國家戰略層面看,從提出以國內大循環為主體、國內國際雙循環相互促進的新發展格局;到提出發展新質生產力,塑造發展新動能新優勢;再到縱深推進全國統一大市場建設……對於中美博弈的長期性,黨中央已有預判,面向未來大國競爭進行了主動布局,這是中國應對遏制打壓的底氣所在。

從產業發展層面看,無論特朗普還是拜登政府,均沉迷於技術卡位,不僅讓自己畫地為牢,且催生了中國的「危機紅利」定律。近年來中國集中優勢資源突破「卡脖子」技術,加快關鍵環節國產化進程,人工智能、大數據、集成電路、新能源等產業迅速壯大,顯示出強大的戰略動員與集中攻堅能力。

從社會層面看,中國人民幾經風雨,越來越認識到「帝國主義亡我之心不死」絕非虛言,只有敢於鬥爭、善於鬥爭,才能化危為機、轉危為安。在特朗普政府發動本輪貿易戰之後,湧現了電商平台幫助外貿企業轉內銷、消費者大力支持國貨、股民跟隨「國家隊」為國護盤、學子高呼「科研報國」等大量愛國故事,主流輿論高度團結,呈現出了強大的歷史主動性。這種自我覺醒、自我調節、自我加壓、自我優化的國家能力,正是持久戰最終勝利的核心支撐。

毛主席曾強調:「中國人民有志氣,有能力,一定要在不遠的將來,趕上和超過世界先進水平。」今天的中國,正一步一個腳印將之變成現實。

「一代人有一代人的抗戰」「一代人有一代人的上甘嶺」,這是美國挑起新一輪貿易戰後,中國互聯網上的熱評。歷史從不重覆,但總是壓著同樣的韻腳。今天,重溫《論持久戰》,不僅因為它為中國在戰略認知上提供了清晰框架,更因為它所蘊含的方法論智慧、辯證唯物主義、群眾路線思想,對於新時代的國際博弈依然具有巨大啟發意義。

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