成功構建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只需要200秒,而當今全球最快的超算需要6億年。瀚海狼山(匈奴狼山)原來也不相信當代的超級計算機性能有多強大,但前年的一個真實事件之後就不再懷疑。這就是當年夏季有個颱風過境狼山住所附近,而且提前至少4到5天,預報了颱風中心的路徑會在附近50公裡外近乎靜止的小範圍徘徊36小時左右,這本身是非常罕見的。因為對北方來說,颱風直接過境的概率本身不高。而且還在北方某地徘徊超過一整天加一整夜,這怎麼可能?誰能想到3到4天之後,這個颱風的中心真的就基本嚴格按照提前公布的颱風過境路徑北上,偏差居然不超過5公裡!而且就真的在50公裡外旋轉了1整天再加1夜沒怎麼動,最終又按照預測的路徑向東北方而去!
這預報的準確性真讓人心服口服。之所以如此強大,就是因為有超級計算機幫忙來做預報。現在的超算幾乎無所不能,從核爆炸模擬,到飛機設計,高鐵運行,再到日常生活中的各種大數據和行動支付,如果離開了超級電子計算機,肯定都是寸步難行。超算的運算速度本身已經超過了大多數人的想像,而現在居然說全球最強超算需要6億年才解開的問題,量子計算原型機只需要3分鐘稍多就破解。感覺這已經不是嚴肅的數學或者物理而是神話傳說。但是量子計算原型機就是這麼強大,這是客觀存在的事實。量子計算憑什麼這麼強?狼山也僅僅理解一點皮毛,這裡就講講這個皮毛。全部用比喻說明,如果和專用術語有很大的差別甚至是差錯,也僅僅作為一種幫助理解的工具,畢竟過於深入的專題實在是太難懂了。
首先說何為高斯玻色取樣。為何要讓當今最強的超算解6億年?單純什麼是高斯玻色取樣也不容易說清楚。用一個容易理解的比喻說,就是如果一個人進入一個假設的大樓裡,他進入大堂後發現裡面有兩扇門,一個人只能選擇進其中的一扇。這種選擇是任意的。這個人打開一扇門進去後,發現裡面還是兩扇門。再打開後還是2扇門。這個人假設如此打開這種門高達70層,他最後進入了一個辦公室。而進入這個大樓的人實際上不止一個,後面還有成千上萬甚至上百億的人都如此操作。最終的求解問題是:每個辦公室裡有多少人?他們都是誰?這個問題看似不複雜,其實認真想想計算量非常嚇人。因為每個人都有2的70次方的選擇可能,而且還是成百億人對2的70次方選擇不同,實際結果就是一個超級天文數字。難怪當今全球的最強超算都要算6億年才最終有結果。那麼為何量子計算原型機算出結果只用200秒呢,這就是在於量子計算的原始方法和電子計算機有本質的不同。
再舉個例子,用超算來算一個玻璃杯,從多少釐米的高度掉到水泥地上會立即破裂?這個問題看似也很簡單,但是用超算來算同樣是天文難度。玻璃杯破裂,說到底是組成玻璃杯的原子之間出現了不可挽回的巨大裂縫。超算需要對玻璃杯內部的幾億億億個原子每個單獨取樣建模。然後計算如此多的原子在受到衝擊後的連接度,要算出一個最終的結果可能也需要幾億年。但是現實中只要智力正常的人,都可以用兩三分鐘就能得到答案。這就是拿一個真實的玻璃杯,在水泥地上從低往高不斷的做撒手試驗,如果一次兩次玻璃杯沒碎了。到了一定高度肯定會碎。記錄這個首次破碎的高度就可以獲得超算幾億年算不出來的結果。說到底,這就是把自然規律當做天然的計算機。來獲得快速有效的「計算」結果。量子計算的性能超強,基本原理大致如此。
當代的所有電子計算工具都是二進位的,也就是只有1和0,用高電平和低電平來物理表示。這有利於快速運算、防幹擾和防差錯。不過這裡面有一個先天缺陷,就是自然萬物的發展和變化是連續的。而電子計算機實際上是固定取樣後再計算。雖然可以通過海量的取樣來儘量的符合事物本身的發展變化,但是取樣總量是有上限的。因此面對超級巨大的運算量。再強的超算也會傻眼。而量子計算就屬於人為創造光量子,76個光量子就等於2的76次方的變化。而且是牽一髮而動全身。等於近乎用摔杯測試這種自然規律來計算問題。計算速度就出神入化了。不過現在的量子計算只能算一些特定的問題。還不能像成熟的超算一樣算的範圍極廣。不過想想1946年,全球第一臺電子計算機剛剛發明時,每算一個新程式都要去臨時改焊電子管。因此預計量子計算成熟起來大規模被運用,並不需要再過一個74年。另外這次的厲害之處,還在於一次性製造了76個光量子,比某歌的實驗快了100億倍。與這次的速度相比,對方只能算手打算盤。