☉文章 | 量子江湖梅曉春
☉來源 | 今日頭條
前幾天,我的文章「九章是計算機嗎?」在今日頭條發布後,引起許多網友的關注。量子力學專家袁燦倫給我發來私信,說他按照潘建偉的邏輯,設計了一個比「九章」快萬億億....倍的超級量子計算機。我讀後覺得深受啟發,大開眼界,不但花錢極儉,而且大道至簡,特向大家推薦如下。
潘建偉的「九章」是模仿高爾頓釘板設計出來的,用來研究光子的隨機分布。高爾頓釘板如圖一所示,在一個小箱子內壁上均勻釘上釘子。箱子上部入口處放進一些小珠子。珠子落下的過程中碰到每個釘子後,都會以1/2的概率向左或向右滾落,直到滾入底板的某個格子內為止。只要珠子的數目足夠多,最後會在底板上堆成一個鐘形,稱為高斯正態分布。
圖1. 高爾頓釘板和高斯正態分布
如果釘子的數目不是很多,可以用數學方法計算每個珠子落到每個格子的概率,得到正態分布的數學形式。但如果釘子的數目很多,珠子落下時的路徑就有非常多的可能性。計算量就會非常大,以至於一般的計算機在短時間內無法完成。
量子計算機理論認為,量子計算機具有指數加速功能,可以解決這個問題。圖二的盒子是潘建偉「九章」原理模型機,稱為玻色採樣機。盒子裡放置300個反射鏡和75個分光鏡,分光鏡的作用相當於高爾頓釘板箱裡的釘子,光子進入分光鏡後,要麼透過,要麼被反射。光子從圖2上部的1,1,1處射入,經過盒內反射鏡和分光鏡的作用,最後從圖下部的某個口射出,被光子探測器探測到。根據探測到的光子的數目,就可以判斷光子在每個出口處出現的機率。
潘建偉和陸朝陽在200秒內在出口的100個光子探測器上測到43個光子,於是就認為他們的「九章」量子計算機大功告成,計算速度是經典計算機的2的75次方。在200秒內完成了太湖神光超級計算機需要幾億年才能完成的計算工作,實現了量子霸權。
圖2. 玻色取樣機示意圖
袁燦倫先生認為沒有必要那樣麻煩,他建議做一個大號的高爾頓釘板,裡面釘上一萬個釘子,分成100排。箱子下部做100個格子。然後從上面開口處撒下一千個玻璃珠子,幾秒鐘內全部落入底部。分別計算每個格子內的玻璃珠數,立馬就得到珠子的高斯正態分布。
由於有一萬個釘子,它的計算速度是太湖神光超級計算機的2的一萬次方倍,是「九章」量子計算機萬億億....倍,可以稱為超級量子計算機。但由於珠子是宏觀物體,因此這個計算機又是經典計算機。於是袁燦倫的經典計算機實現了對「九章」量子計算機的經典霸權,經典計算機重新奪回了計算速度的王者之位。真是物極必反,天道輪迴,三十天河東,三十天河西,皇帝輪流做,今天到袁家呀!
這種計算機不要存儲器,不要邏輯門,不要集成塊,不要編程序,什麼都不要,只要一堆釘子和一把珠子。我們還有什麼必要像「九章」那樣,去擺弄那一大堆勞什子鏡子和探測器呢?
袁燦倫先生揭示了超級量子計算機製造秘密,我怕天下英雄會群起而仿之,把量子計算機做成白菜價。因此建議袁先生馬上申請專利,否則智慧財產權難保。但袁先生告訴我不用擔心,他這個機子只是一個專用機,只能計算高斯正態分布,不能用來計算其他東西,其他事情他做不了也不想做。因此大家有的是機會,可以按照這種方法,製造出各式各樣的專用量子計算機。
我想想也是,天下之大,機會均等,有錢不妨大家賺,有名不妨大家出。比如製造飛機的,就有機會製造出「九天翱翔」量子計算機。目前設計飛機時,要解牛頓力學和空氣動力學方程,要考慮氣流,溫度,壓力的變化對飛行速度的影響,要考慮飛機各種奇形怪狀的部件在飛行過程中的力學效應。用傳統大型計算機來計算相關參數,也是非常困難的事情,幾十億年也算不清楚。現在的做法是,將飛機模型放到風洞中,用強氣流吹,測量出各種參數,又快又省事。
按照「九章」的模式,風動實驗室就是一臺量子計算機,測量參數的過程就是量子計算的過程。而且非常專用,只能用來吹飛機,不能用來吹風箏,做風箏設計就不行。推而廣之,凡是太複雜而不能用經典計算機計算,只能通過實際測量來做的,都可以看成量子計算機,而且都滿足專用性。
對數學家來說,最實用的就是圓周率的計算。圓周率是無限不循環小數,等於3.141592654.....。它可以用某些公式來計算,但需要宇宙年齡的計算時間。按照潘建偉的理論,用一把捲尺測量一下木桶的周長和直徑,二者一除,就算出圓周率大約是3.14。但這沒有關係,因為「九章」計算的只是概率,大致相等就可以了。所以捲尺又可稱為圓周率量子計算機,但它不是專用量子計算機,而是通用量子計算機,還可以用來計算身高和腰圍。
袁燦倫先生對量子力學有非常深的研究,我三十年前在廣西師範大學開的全國物理學年會上,就聽過他做的量子力學報告,觀點新穎,眼光犀利。因此我對他的超級量子計算機的設計深以為然,認為應當給他發一個一頓重的獎牌。諸位網友們,你們怎麼看?