OFweek電子工程網 發表於 2020-12-09 11:21:51
近日，中國科學技術大學（即我們常說的「中科大」，校址在安徽合肥）宣布，該校潘建偉等人成功構建了76個光子的量子計算原型機「九章」，求解數學算法高斯玻色取樣（Gaussian Boson Sampling）只需200秒，而目前世界最快的超級計算機要用6億年。這一突破使我國成為全球第二個實現「量子優越性」的國家。
12月3日，相關研究成果——一篇題為《Quantum computational advantage using photons》（《使用光子的量子計算優勢》）的論文，在線發表在了國際學術期刊《科學》（Science）上。
截圖自Science網站
消息一出，很快登上各大社交媒體平臺以及百度搜索的熱榜。各大官媒、市場化媒體，以及各大科普機構、帳號（如知識分子、墨子沙龍、果殼等）也紛紛發文解讀這一成果，圍繞這一成果，無疑形成了很大的輿論熱點。
加之不同內容平臺根據不同的計量單位、比較對象得出了一個比一個大的天文數字，相關討論被進一步炒熱。例如，上述「6億年」的數據之外，有些文章是這麼個比較方式的：「演繹求解速度達到目前全球最快的超級計算機的一百萬億倍，遠遠超過經典計算機」（來自「知識分子」）。顯然，6億年的漫長歲月已經不夠彰顯「九章」的偉大了，「一百萬億倍」可能才夠描述「九章」所取得成果的震憾程度……
然而，在一大片的讚頌聲的海洋中，也出現了一些雜音，一些刺耳的雜音……
筆者梳理一些如下：
「九章」做了什麼工作？
我們先看看「九章」的名稱，它被叫作「量子計算原型機」。它計算了什麼呢？「求解數學算法高斯玻色取樣」。
根據新華社採訪潘建偉團隊的文章中所作的介紹，「高斯玻色取樣是一個計算概率分布的算法，可用於編碼和求解多種問題。當求解5000萬個樣本的高斯玻色取樣問題時，『九章』需200秒，而目前世界上最快的超級計算機『富嶽』需6億年；當求解100億個樣本時，『九章』需10小時，『富嶽』需1200億年。」
根據目前公開的信息來看，「求解數學算法高斯玻色取樣」也是「九章」唯一能做的「計算」。這一點是目前比較廣泛的共識。
據微信公眾號「數字經濟公社」上一篇署名「徐令予」的作者所寫題為「『九章』距離通用型量子計算機有多遠」的文章所述，「『九章』只具有『高斯玻色取樣』這樣一種特定的處理能力，它連量子專用數字處理設備都算不上，離開通用量子計算機差之十萬八千裡」，文章中「徐令予」表示，「這其實也是目前世上所有量子計算機的通病，連一個真實的Qubit（量子比特）和CNOT門（受控非門，Control－NOT gate）都沒有，這些物理實驗室的巧婦們竟敢造無米之炊。」
「徐令予」還表示，「九章」整套裝置從原理層面來看更像是一套模擬計算設備而不是數字計算設備。參考以往釆用電路模擬的「模擬電子計算機」，稱「九章」為「模擬量子計算機」更為合適（而不是「量子計算機」或「量子計算原型機」）。
知乎上還有一位匿名用戶吐槽了「九章」團隊這種將做一次「實驗」稱為做了「XX計算原型機」的做法。他表示，按這種說法，在地上撒一把沙子，記錄下沙子落到了哪些方格中，也可以是「掌紋計算原型機」了。
或許也是因為「九章」應用的局限性，加之它被國內各種媒體大量吹捧，知乎上一位認證為「北京大學物理學院副教授、北京大學高性能計算平臺主任」的ID名為「雷奕安」的用戶，針對問題「中國量子計算原型機「九章」問世，意味著什麼？會給中國和這個世界帶來哪些變化？」給出了一個這樣的回答——「世界多了一個笑話」。
當然，似乎不能否認的是，在唯一能做的這項工作上，「九章」是目前做得最出色的。
相比Google的「懸鈴木」
「九章」的優劣勢在哪裡
還是基於新華社的文章，潘建偉團隊表示，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。「懸鈴木」需要零下273．12攝氏度的運行環境，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。
他們說：「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。」
但知名科普作家方舟子表示，「谷歌『懸鈴木』量子計算機可編程，是真正的計算機，而「九章」不可編程……」。 一位研究光學的前北京大學教授也表示，谷歌的「懸鈴木」可以編一些小程序，解線性議程組。目前，谷歌的「懸鈴木」已經開放，可以通過其網站訪問。（OFweek君簡單搜索了一下，沒有找到相關網站，可能是英文水平太差，如果有小夥伴能找到，歡迎留言分享！）
小結一下，就是「九章」在「求解數學算法高斯玻色取樣」方面成績比「懸鈴木」快非常多，但「懸鈴木」勝在能運行一些小程序，適用範圍比「九章」廣一些。
ID為「王孟源dudu」的微博用戶則表示，Google的計算位元是費米子，「九章」用的是光子，也因此，「九章」能比Google的版本快上100億倍。若讓「九章」去跑為費米量子計算機優化的程序，結果就會顛倒過來。
截圖自「王孟源dudu」的微博
花費巨大，實用價值存疑
實驗規模讓國外專家震驚
據潘建偉團隊發表在Science網站上的論文描述，拿光子做了一個取樣實驗的「九章」，用到了100臺幹涉儀、25臺壓縮機、100臺超導單光子檢測儀……實驗規模巨大，耗費資金也必然驚人。
圖片來自前述論文
此外，根據論文描述，「九章」的探測設備探測到了76個光子，但依據論文中的描述，「所有25個TMSS（雙模壓縮狀態）都在其中的輸出光子數分布。平均檢測到的光子數為43，而最大檢測到的光子數為76」，也就是說，76個光子是「九章」能探測到光子數量的最大值，平均而言，能探測到的光子數只有43個。
據悉，國外所做的經費少得多的玻色取樣實驗，一般只能探測到幾個光子，與「九章」完全不在一個數量級上。
也因此，對於「九章」取得的成果，「國外專家」驚嘆更多的，好像是實驗所能調動的資源量級。有國外專家表示，讓他們震驚的是「它的實驗規模居然這麼大」……
責任編輯：haq
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