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12月4日，中國科學技術大學宣布該校潘建偉等人成功構建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200秒，
而目前世界最快的超級計算機「富嶽」要用6億年。
這一突破使中國成為全球第二個實現「量子優越性」的國家。
美國在傳統半導體晶片技術上一直處於優勢地位，
隨著近年來量子計算技術的快速發展，中國這次迎來了超越的機會。
目前，量子計算機仍然處於實驗室研發階段，要成為主流計算技術還需要數年時間。
回首超算領域的發展，中國經歷了很多，也成就了很多。
早在今年6月，TOP500組織發布第55屆全球超級計算機TOP500榜單顯示，
中國部署的超級計算機數量蟬聯全球第一，中國的神威太湖之光和天河2A分別位列第四和第五位。
此前，全球沒有任何一個國家取得過如此成就，
即便是日本，在其半導體產業的巔峰時期，美國依然佔據著超算版圖上的絕對份額。
大陸製造的76個光子的量子電腦原型機「九章」問世，其計算能力較谷歌「懸鈴木」量子電腦還快100億倍。
大陸團隊製造的76個光子的量子電腦原型機「九章」問世，
表示計算能力較谷歌此前發表的「懸鈴木」量子電腦還快100億倍。
新華社稱，這確立大陸量子計算優越性裡程碑。
新華社報導，中國科學技術大學潘建偉、陸朝陽等與中科院上海微系統所、國家並行計算機工程技術研究中心合作，
構建了量子電腦原型機「九章」，實現具有實用前景的高斯玻色子取樣快速求解。
根據現有理論，「九章」處理高斯玻色子取樣的速度較目前最快的超級電腦「富嶽」還快100兆倍，
等效速度比2019年穀歌發佈的53個超導比特量子電腦「懸鈴木」快100億倍。
潘建偉指出，在摩爾定律逼近極限的時代，在人們對算力需求指數級增長的時代，量子計算機必然會成為世界前沿的兵家必爭之地。
但未來的路還很長，無論是「懸鈴木」還是「九章」，都只能用來解決單一特定問題。
鴻海研究院支持協辦第一屆量子Hackathon黑客松活動
高度看好量子計算對未來世界的影響力，鴻海科技集團搶先布局量子計算領域，
不但成立了鴻海研究院量子計算研究所，並再度與臺大IBM量子電腦中心攜手向下紮根，
繼8月推出鴻海高中量子教育營之後，9月再次支持協辦第一屆量子Hackathon黑客松活動，
集結全臺灣60位程式寫手一同參賽，透過為期三天的腦力激盪，挑戰所有人對量子計算的想像。
在開幕儀式上，鴻海董事長暨鴻海研究院院長劉揚偉透過視訊連線勉勵所有參賽者，並透露對量子計算未來的期許，
強調量子計算現在就好像數十年前的半導體，那時半導體技術才剛剛萌芽，
但臺灣當時正是因為把握住了半導體起飛的契機，所以才能在全球ICT產業中舉足輕重。
現在，鴻海看到了量子運算時代即將來臨，因此身為臺灣科技產業的領頭羊，鴻海也希望能儘早加入量子科技發展的行列，
而能夠與世界上量子先進技術的公司比肩，共同將人類的文明往前推進、邁出嶄新的一大步。
什麼是量子計算機？量子計算機為什麼厲害？量子霸權又是什麼？你都能在這裡找到看得懂的答案。
是，但和我們現在所理解的「電腦」差別很大——兩者的計算形式不一樣，
電腦通過電路的開和關進行計算，而量子計算機則是以量子的狀態作為計算形式。
我們日常用的電腦，不管是屏幕上的圖像還是輸入的漢字，這些信息在硬體電路裡都會轉換成 1 和 0（在電路中則表達為「開」和「關」），
再進行傳輸、運算與存儲。正是因為這種 0 和 1 的「計算」過程，電腦才被稱為「計算機」。
世界上第一臺電子數字計算設備：阿塔納索夫-貝瑞計算機
量子計算機則以量子的狀態作為計算形式。
目前的量子計算機使用的是如原子、離子、光子等物理系統，不同類型的量子計算機使用的是不同的粒子，這次的「九章」使用的是光子。
傳統的數字電路只有 0 或 1 兩種選擇，量子計算機使用的粒子則能夠同時處於多種狀態。
以光子為例，光除了亮與滅，其本身有著不同的偏振態，這種偏振態可以表示除了 0 與 1 之外的多組信息，量子計算機因而能夠同時承載更多內容。
普通的計算機單元一次只能處理一個數據，稱之為 1 個比特；
量子計算機則可以一次處理 1 個「量子比特」，
這不僅是0和1的狀態，而是一種疊加態，
可以簡單認為這是包含了多個數據，從而使處理速度大大提升。
自然光在各個方向上振動（如2），通過「偏振片」（如3）的過濾後，僅留下特定方向振動的「偏振光」（如4）
超級計算機也以處理速度快而著稱，但它與量子計算機不一樣。
超級計算機本質上還是以傳統計算機二進位（0 與 1）為基礎的，運算速度依然受限於電路的性能，
而量子計算機完全屬於另一個體系。
正如上面所說的，量子計算機最大的特點就是計算速度快，太快了。
舉個例子，小學的時候都學過質因數分解，
例如 6 可以分解為 2 和 3 兩個質數；
但如果數字很大，質因數分解就是一個很難的數學問題。
1994 年，為了分解一個 129 位的大數，科學家同時動用了 1600 臺高端計算機，花了 8 個月的時間才分解成功；
但量子計算機理論上只需 1 秒鐘就可以破解。
大數質因數分解是許多安全系統的基礎，基於此的加密算法——例如 RSA 算法，則可能會因為量子計算機的研製成功而被攻破。
量子計算機本身就是一套「系統」，獨立的光學組件提供了硬體，複雜的光路結構則決定了它的「算法」。
例如，以光子作為量子比特的量子計算機，需要能夠產生光子的單光子源，能夠改變光子狀態、完成「算法」的特定光路結構，
還需要單光子探測器對光子的最終狀態進行觀測。
不過，對於量子計算機的控制，仍然需要通過普通電腦進行信息的輸入和輸出。
就像下圖這樣，工作人員在普通電腦上輸入初始數據，數據在量子計算機控制系統中進行複雜的轉換和運算，
最後得到的結果則會傳輸回工作人員的普通電腦上。
此前，全球沒有任何一個國家取得過如此成就，
即便是日本，在其半導體產業的巔峰時期，美國依然佔據著超算版圖上的絕對份額。
從早期的「算力不足恐懼症」，到現在的世界領先水平，中國超算經歷了什麼？
1978年3月，中央軍委主席鄧小平親自主持了巨型計算機研製工作會議，
下定決心研製中國人自己的超算，以解決國防建設等領域緊迫的大型科學計算問題。
他對參會人員表示：「中國要搞四個現代化，不能沒有巨型機」。
鄧小平還直接點將時任國防科委主任張愛萍：「現在巨型機就斷給你了，你要立軍令狀」。
1978年5月，國防科委在北京召開巨型機方案論證和協作會議，決定由脫胎自哈軍工的國防科技大學承擔巨型機研製任務。
中國超級計算機的研發正式展開。
超級計算機（巨型機）規劃性能為每秒1億次浮點運算，比中國此前研製過的最先進計算機還要快一百倍，
技術跨度如此之大的研製任務在計算機發展史上是極為罕見的。
要完成這樣艱巨的任務，需要高超的項目管理方法。
在總指揮慈雲桂教授的帶領下，研發團隊選擇了當時世界第一超算，美國的Cray-1作為總體架構參考；
確定頂層架構後，再自上而下拆解部件、材料和設備需求，國內有的就國內配套，國內目前無法配套的，也不盲目攻關拉長戰線，
而是果斷利用零部件進口的較寬鬆條件直接引進。
銀河億次機對同時期CRAY-1超算構型有明顯借鑑。
據項目參與人員回憶：「以前的存儲器是磁芯的，做起來很難，弄起來也很慢，國際上已經有半導體的東西了，
做到集成電路裡面一塊，一塊裡面就很大的容量，我們採取引進的思路，用了半導體存儲器，這是利用了改革開放的優勢。」
這一首先聚焦總體、快速突破集成創新關口的風格，已經頗類似於新世紀以來大行其道的「跳起」「下蹲」中國式科研方法論。
得益於正確的戰略和得力的執行，巨型機項目僅僅歷時五年就完成研製任務，較原定規劃提前了整整一年，
性能完全達到設計要求，研製費用也大大低於按照進口超算報價所估計的預算，不到原先預計的五分之一，為國家節省了大量經費。
1983年12月26日，中國第一臺億次超級計算機通過國家技術鑑定，張愛萍上將將其命名為「銀河一號」，
這標誌著中國成為繼美國、日本之後，第三個能獨立設計和製造超級計算機的國家。
張愛萍親自為銀河巨型機工程題詩:「億萬星辰匯銀河，世人難知有幾多。神機妙算巧安排，笑向繁星任高歌。」
1987年，銀河一號超算獲得國家科技進步特等獎，同時獲獎的還有氫彈小型化工程。
中國人在巨型機項目中交出了完美的答卷，銀河一號也成為80年代科學的春天主要象徵，
在80年代與兩彈、人工合成胰島素、雜交水稻、同步軌道衛星共同被列為新中國五大科技成就。
IBM公司ASCI WHITE超級計算機，在2002年首次實現了完整的三維核爆炸數值仿真，單次仿真耗時122天。
在銀河一號之後，國防科大又相繼完成銀河二號、三號、四號、五號超算的研製，
實現了運算性能從每秒億次到十億次，百億次、萬億次、十萬億次的突破。
特別是鮮為人知的銀河五號（銀河-V），計算性能與當時美國最強的超級計算機，
用於完整仿真核試驗的ASCI White機組已經處於同一數量級，保障了中國核心國防科學計算任務的實現。
銀河系列超算的迭代和打磨，也為即將到來的「跳躍」積蓄了足夠的力量。
2009年，國防科大正式對外公開了新一代千萬億次級超級計算機。
由於引入了天津的投資，將面向民用領域開放服務。
這臺原有規劃中的第六代銀河超算，在「天津」與「銀河」中各取一字，演變為全新的「天河」系列主機。
新的天河超算甫一公布就令世界震動，
天河一號的峰值性能達到每秒1206萬億次浮點運算，使中國成為美國之後、全球第二個能夠製造千萬億次超算的國家。
這是中國第一臺進入世界超算排行榜TOP500前十位的平臺。
一年之後，天河一號再次創造了歷史。在天津國家超級計算中心完成安裝的天河一號改進型天河-1A（或稱天河一號的「完全版」），
以峰值性能每秒4700萬億次、持續性能每秒2507萬億次的數據超越美國橡樹嶺國家實驗室的美洲豹（Jaguar）超級計算機，
第一次登頂世界超算TOP500排行榜。
儘管天河一號很快被其後新發布的日本超算擠下榜首，世界第一的位置僅僅維持了半年，但已經打開了中國人的眼界與自信。
2011年，在科技部的支持下，天河二號超算工程正式上馬，國防科大團隊這次還與商用伺服器領域卓有建樹的浪潮集團強強聯合，
將天河二號性能指標直接釘在了超算技術前沿的「無人區」。
巨大的算力往往伴隨著巨大的能耗，天河二號的滿負荷運轉功率近24兆瓦，
相當於一個兩萬人規模的大型居民小區高峰用電負荷，在研發天河二號的兩年時間裡，
國防科技大學的師生們習慣了校園經常性的停電，
哪怕在四大火爐之一長沙的盛夏，一旦天河二號開機高速運轉，全校其他線路就會臨時停電。
2013年6月，天河二號超級計算機正式亮相，其峰值性能每秒5.49億億次、持續性能每秒3.38億億次的表現，
甩開第二名美國橡樹嶺國家實驗室的「泰坦」超級計算機接近一倍，毫無爭議地成為世界超算TOP500排行榜王者。
由於它性能太過領先，成為過去12年裡佔據TOP500榜首位置時間最長的超級計算機。
天河二號的「破防」式表現，吹響了中國超算產業大幹快上的號角。
對此，美國人的反應非常直接和「本色」。
2015年4月，就在天河二號「改進版」試圖將計算性能再次翻番的前夕，美國商務部發布公告，
決定禁止向中國4家超算機構（國家超級計算長沙中心、廣州中心、天津中心和國防科技大學）出售英特爾晶片。
這恰好是當時國內天河計算機的四個使用單位，在美國商務部公告中，
這一禁運決定理由是國防科大超算被用在了模擬核試驗領域，對美國國家安全構成威脅。
然而，這次對天河超算研製力量看似周密的「定點清除」式打擊，並沒有起到美國人預想的作用。
2016年6月，天河二號超算失去了超算排行榜王座，接替它的卻仍然是一臺中國超算——神威·太湖之光。
這臺新機的持續運算性能達到每秒9.3億億次，是天河二號的三倍。
在性能提升的同時，太湖之光的峰值功率較天河二號則低了將近10兆瓦，使這臺超算的能效也進入全球前列。
更重要的是，神威·太湖之光沒有使用美國CPU、GPU部件，而是使用自主智慧財產權的SW26010處理器。美國的制裁長臂已經「鞭長莫及」。
更有裡程碑意義的是，中國超算產業化的「大幹快上」，改變了TOP500超算榜單的整體面貌。
神威·太湖之光接力天河二號的同時，TOP500超算榜單上榜的中國超算一共達到了167臺，超過了美國的165臺。
此前，全球沒有任何一個國家取得過如此成就，即便是日本，在其半導體產業的巔峰時期，美國依然佔據著超算版圖上的絕對份額。
上榜的這167臺中國超算，已經幾乎是清一色的國產品牌，而僅僅在10年前，中國市售高性能計算機的大部分份額還屬於惠普、IBM等國外廠商。
榜單上標註的中國超算還不是產業影響力的全部，在媒體聚光燈之外，中國廠商在國際超算市場上，也已經不經意間建立了絕對競爭力。
以目前最新的2020年6月TOP500榜單為例，安裝地在中國的超算達到226套，美國以114套的懸殊差距排名第二。
如果進一步統計各國超算的生產地，則僅僅三家中國廠商（聯想、浪潮、曙光）就製造了榜單上超過60%的超算設備。
中國超算產業在全球市場已經建立起了統治性份額，這種產業版圖翻天覆地的變化，比榜首位置的爭奪影響更為深遠。
中國人一旦突破了關鍵技術的制約，艱苦歲月形成的「算力不足恐懼症」就好像要在一代人裡找補回來，不把超算「白菜化」不罷休。
TOP500超算排行榜國別變化。
2020年11月23日，國家超級計算鄭州中心通過驗收，正式啟用，
成為繼天津、長沙、深圳、濟南、廣州、無錫之後第7家國家超級計算中心，配備了峰值性能每秒10億億次的中科曙光超算。
超級計算中心為什麼遍地開花？超算又有著什麼樣的實用價值？
高科技領域毫無疑問是超算發揮的理想舞臺，傳統工程發展流程裡，試製與試驗往往成為創新的「死亡之谷」。
高風險、高難度、高成本的驗證測試環節，往往一兩次失敗就會打斷一個技術領域的發展步調，
而通過在計算機數字環境中的大量模擬和仿真，可以極大壓縮真實物理環境下的試驗開發周期。
美國在高超音速領域的虎頭蛇尾和中國「東風快遞」突飛猛進的發展，
某種程度上可以歸因於數字仿真等低成本實驗手段的差異，超級計算機在其中默默發揮著關鍵作用。
神威·太湖之光超算完成的高超音速飛行器流體力學算例。
如果說尖端武器離我們的日常生活還太遠，那麼在柴米油鹽的日常生活裡，超算同樣發揮著不可或缺的支撐作用。
在今年的新冠肺炎疫情中，「老藥新用」成為研究熱點，即在已經上市的藥物裡挖掘可對新冠肺炎產生療效的品種。
要實現這一目標，當然不是靠神農嘗百草，而是在虛擬環境中進行藥物化合物結構的仿真測試，模擬其針對病毒結構特定靶點的反應效果。
如果使用普通電腦進行類似的藥物篩查，可能需要數月乃至數年時間，而利用超級計算機，可能只需要短短幾天。
中國動畫電影在近年來異軍突起，成為國產類型片中整體最為突出的一個板塊，
直追國際水平的動畫特效質量居功至偉，
而超級計算機在動畫工業中同樣發揮著巨大作用，是特效渲染的利器。
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