给领先全球的科研成果取名“九章” ， 中国科学家再次玩起“中式浪漫” ， 既纪念中国古代最早的数学专著《九章算术》 ， 也致敬过去20年的努力 。
观察者网注意到 ， 中科大潘建伟院士的量子计算原型机研究团队中 ， 既有28岁当上教授的中坚力量 ， 也不乏97年的后生 。
而为《科学》杂志审核这篇论文的外国专家 ， 还发文披露了与中国团队之间的有趣互动 ， 感慨“这是迄今为止我写过最昂贵的审稿报告” 。 他同时对中国科学家寄来200只口罩 ， 表示感谢 。
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快过“悬铃木” ， “九章”后来居上
北京时间12月4日 ， 国际学术期刊《科学》网站刊登中国科学技术大学潘建伟、陆朝阳等组成的研究团队与中科院上海微系统所、国家并行计算机工程技术研究中心合作成果 。
他们构建了76个光子的量子计算原型机“九章” ， 实现了具有实用前景的“高斯玻色取样”任务的快速求解 。
“九章”的厉害之处在哪儿？
2019年 ， 谷歌推出53个超导量子比特的计算机“悬铃木” ， 对一个数学算法的计算效率远超当时世界最快的超级计算机 ， 率先实现了“量子优越性”（quantum supremacy ， 国外也称之为“量子霸权”） 。
而“九章”让中国成为了全球第二个实现“量子优越性”的国家 ， 并且后来居上 。
据新华社报道 ， 高斯玻色取样是一个计算概率分布的算法 ， 可用于编码和求解多种问题 。 当求解5000万个样本的高斯玻色取样问题时 ， “九章”需200秒 ， 目前世界上最快的超级计算机“富岳”则需6亿年 。
中科大新闻稿还指出 ， 根据目前最优的经典算法 ， “九章”对于处理高斯玻色取样的速度比超级计算机“富岳”快100万亿倍 ， 等效地比谷歌的“悬铃木”快100亿倍 。
同时 ， 通过高斯玻色取样证明的量子计算优越性不依赖于样本数量 ， 克服了谷歌53比特随机线路取样实验中量子优越性依赖于样本数量的漏洞 。
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不过 ， 潘建伟团队的光量子计算机和谷歌的超导量子计算机实现“量子优越性”的途径不同 ， 各有所长 。
尤其 ， 国际同行公认 ， 量子计算机领域有三个指标性的发展阶段：发展具备50-100个量子比特的高精度专用量子计算机 ， 实现计算科学中“量子计算优越性”的里程碑；将量子模拟机用于解决一些超级计算机无法胜任、具有重大实用价值的问题 ， 比如量子化学、新材料设计、优化算法等；研制可编程的通用量子计算原型机 。
目前 ， “九章”刚刚帮助我国达成第一个里程碑 ， 是一台专用型量子计算机 ， 和“悬铃木”一样只能用来解决一个特定问题 。 而在图论、机器学习、量子化学等领域的潜在应用 ， 将是“九章”后续发展的重要方向 。
潘建伟今年表示 ， “希望能够通过15年到20年的努力 ， 研制出通用的量子计算机 ， 来解决密码分析、药物设计等很多非常广泛的问题 。 ”
试验“太烧钱”、寄来200只口罩……美专家披露有趣互动
观察者网注意到 ， 潘建伟团队可以说非常年轻 。 其中 ， 80后的陆朝阳早在28岁时 ， 就成为了中科大最年轻的教授 。
另据《知识分子》披露 ， 排在论文作者栏前列的钟翰森为95年出生 ， 王辉是91年出生 ， 陈明城90年出生 ， 邓宇皓则生于97年 。
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作为《科学》杂志的审稿人之一 ， 美国得克萨斯大学奥斯汀分校广受尊敬的量子计算机科学家斯科特·亚伦森（Scott Aaronson） ， 在“九章”论文发布当天 ， 通过博客分享了他对这一研究成果的评价 ， 以及他与中国科学家们的有趣互动 。
亚伦森曾在麻省理工学院执教9年 。 更重要的是 ， 他是高斯玻色取样的共同提出者 。
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博客文章截图
他认为 ， 76个光子的量子计算原型机“九章” “达到并超过了经典超级计算机可以验证结果的极限” 。
他说 ， 一年前 ， 这个研究小组刚刚宣布完成14个光子玻色取样任务 。 这是继去年谷歌成果之后 ， 第二次实现“量子优越性” ， 也是第一次通过光量子而非超导量子比特实现 ， 亚伦森对此感到“高兴” 。
一直以来 ， 耶鲁大学和耶路撒冷希伯来大学教授、数学家吉尔·凯拉伊（Gil Kalai）都对量子计算机和“量子优越性”持怀疑态度 。 “九章”官宣后 ， 亚伦森在博文中特别点名了凯拉伊 。
因为在2013年和2015年 ， 凯拉伊曾在这个博客留下评论 ， 说玻色取样规模永远不会超过8到10个光子：“如果外星人逼我们尝试 ， 那我们唯一的希望将是攻击外星人 。 ”
与此同时 ， 亚伦森在文中欲扬先抑地表达了他看到“九章”后的感受 。
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亚伦森
因为不少专业人士提出 ， 想通过玻色取样实现“量子霸权”是个死胡同 ， 困难重重 。 尤其在谷歌首先借助超导量子比特验证“量子优越性”之后 ， 亚伦森也不清楚还会不会有人做这种尝试 。
“即使在一年前得知潘建伟团队的研究计划后 ， 我还是持怀疑态度 ， 想着等到看见论文 ， 我就会相信了 。 ”
至于谷歌在一年前就宣布了“量子霸权” ， 这个新实验的意义是什么？亚伦森表示 ， 对他来说 ， “量子霸权”至少要验证两次才行 。 而且 ， 这是首次通过光子证明“量子优越性”的可能性 。 最后 ， 正如论文所指出的 ， 与谷歌相比 ， 新实验有一个很大的技术优势：输出态空间维数大幅提高 ， 其能力是IBM此前为反驳谷歌成果所提出的经典计算机替代办法也难以做到的 。
最后 ， 亚伦森还讲述了两个有趣的背后故事 。
他曾经问作者 ， 为什么实验只验证到26-30个光子 ， 超过这范围的就通过合理推断解释？因为现有的计算机应该能验证到40-50个光子 。
几周后 ， 作者回复说 ， 他们现在已经验证了40个光子的结果 ， 其间消耗的超级计算机运行时间价值40万美元 ， 所以他们决定就此打住 。
“这是迄今为止我写过最昂贵的审稿报告！”亚伦森开玩笑说 。
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有意思的是 ， 有网友在博文下留言称 ， 更希望团队只验证26-30个光子的结果 ， 这样其他人还能通过模拟30个光子以上的结果来提出质疑 。
亚伦森回复并提醒网友 ， 要是真有人想通过这样的方式提出异议 ， 那么论文里还是有很多其他结果可供他方验证 。
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也就是说 ， 潘建伟团队给同行留下了验证“九章”实验结果的余地 。 即便可能与超级计算机验证“太烧钱”有关 ， 但这也是一种自信 。
另据文汇网报道 ， 潘建伟团队通过与国家并行计算机工程技术研究中心合作 ， 在超级计算机上对“九章”所获得的先期结果进行验证 ， 从简单开始 ， 直至复杂到超算难以胜任——如果少光子结果都可得到印证 ， 那么同一个装置的多光子结果也将是可信的 。
陆朝阳说 ， “10个、20个光子的时候 ， 结果都能对得上 ， 到40个光子的时候超算就比较吃力了 ， 而‘九章’一直算到了76个光子 。 ”另一方面 ， 超算的耗电量太大 ， 计算40个光子时需要电费200万元 ， 41个光子需要400万元 ， 42个光子需要800万元 ， 推算下去将是天文数字 。
这也从侧面反映了“九章”与传统超算之间的巨大差异 。
最后 ， 在美国暴发新冠疫情 ， 中国口罩很充足 ， 但在美国几乎买不到的时候 ， 陆朝阳主动给亚伦森寄了200个口罩 。
“我不认为这有影响我后来的审稿 ， 但我还是很感激 。 ”亚伦森再次调侃说 ， 并热烈祝贺整个团队所取得的成就 。
来源|观察者网 文/童黎
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