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「九章」量子计算原型机受到大量质疑?

2020-12-09 11:21 次阅读

近日,中国科学技术大学(即我们常说的「中科大」,校址在安徽合肥)宣布,该校潘建伟等人成功构建了76个光子的量子计算原型机「九章」,求解数学算法高斯玻色取样(Gaussian Boson Sampling)只需200秒,而目前世界最快的超级计算机要用6亿年。这一突破使我国成为全球第二个实现「量子优越性」的国家。

12月3日,相关研究成果——一篇题为《Quantum computational advantage using photons》(《使用光子的量子计算优势》)的论文,在线发表在了国际学术期刊《科学》(Science)上。

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截图自Science网站

消息一出,很快登上各大社交媒体平台以及百度搜索的热榜。各大官媒、市场化媒体,以及各大科普机构、账号(如知识分子、墨子沙龙、果壳等)也纷纷发文解读这一成果,围绕这一成果,无疑形成了很大的舆论热点。

加之不同内容平台根据不同的计量单位、比较对象得出了一个比一个大的天文数字,相关讨论被进一步炒热。例如,上述「6亿年」的数据之外,有些文章是这么个比较方式的:「演绎求解速度达到目前全球最快的超级计算机的一百万亿倍,远远超过经典计算机」(来自「知识分子」)。显然,6亿年的漫长岁月已经不够彰显「九章」的伟大了,「一百万亿倍」可能才够描述「九章」所取得成果的震憾程度……

然而,在一大片的赞颂声的海洋中,也出现了一些杂音,一些刺耳的杂音……

笔者梳理一些如下:

「九章」做了什么工作?

我们先看看「九章」的名称,它被叫作「量子计算原型机」。它计算了什么呢?「求解数学算法高斯玻色取样」。

根据新华社采访潘建伟团队的文章中所作的介绍,「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,而目前世界上最快的超级计算机『富岳』需6亿年;当求解100亿个样本时,『九章』需10小时,『富岳』需1200亿年。」

根据目前公开的信息来看,「求解数学算法高斯玻色取样」也是「九章」唯一能做的「计算」。这一点是目前比较广泛的共识。

据微信公众号「数字经济公社」上一篇署名「徐令予」的作者所写题为「『九章』距离通用型量子计算机有多远」的文章所述,「『九章』只具有『高斯玻色取样』这样一种特定的处理能力,它连量子专用数字处理设备都算不上,离开通用量子计算机差之十万八千里」,文章中「徐令予」表示,「这其实也是目前世上所有量子计算机的通病,连一个真实的Qubit(量子比特)和CNOT门(受控非门,Control-NOT gate)都没有,这些物理实验室的巧妇们竟敢造无米之炊。」

「徐令予」还表示,「九章」整套装置从原理层面来看更像是一套模拟计算设备而不是数字计算设备。参考以往釆用电路模拟的「模拟电子计算机」,称「九章」为「模拟量子计算机」更为合适(而不是「量子计算机」或「量子计算原型机」)。

知乎上还有一位匿名用户吐槽了「九章」团队这种将做一次「实验」称为做了「XX计算原型机」的做法。他表示,按这种说法,在地上撒一把沙子,记录下沙子落到了哪些方格中,也可以是「掌纹计算原型机」了。

或许也是因为「九章」应用的局限性,加之它被国内各种媒体大量吹捧,知乎上一位认证为「北京大学物理学院副教授、北京大学高性能计算平台主任」的ID名为「雷奕安」的用户,针对问题「中国量子计算原型机「九章」问世,意味着什么?会给中国和这个世界带来哪些变化?」给出了一个这样的回答——「世界多了一个笑话」。

当然,似乎不能否认的是,在唯一能做的这项工作上,「九章」是目前做得最出色的。

相比Google的「悬铃木」

「九章」的优劣势在哪里

还是基于新华社的文章,潘建伟团队表示,相比「悬铃木」,「九章」有三大优势:

一是速度更快。虽然算的不是同一个数学问题,但与最快的超算等效比较,「九章」比「悬铃木」快100亿倍。二是环境适应性。「悬铃木」需要零下273.12摄氏度的运行环境,而「九章」除了探测部分需要零下269.12摄氏度的环境外,其他部分可以在室温下运行。三是弥补了技术漏洞。「悬铃木」只有在小样本的情况下快于超算,「九章」在小样本和大样本上均快于超算。

他们说:「打个比方,就是谷歌的机器短跑可以跑赢超算,长跑跑不赢;我们的机器短跑和长跑都能跑赢。」

但知名科普作家方舟子表示,「谷歌『悬铃木』量子计算机可编程,是真正的计算机,而「九章」不可编程……」。 一位研究光学的前北京大学教授也表示,谷歌的「悬铃木」可以编一些小程序,解线性议程组。目前,谷歌的「悬铃木」已经开放,可以通过其网站访问。(OFweek君简单搜索了一下,没有找到相关网站,可能是英文水平太差,如果有小伙伴能找到,欢迎留言分享!)

小结一下,就是「九章」在「求解数学算法高斯玻色取样」方面成绩比「悬铃木」快非常多,但「悬铃木」胜在能运行一些小程序,适用范围比「九章」广一些。

ID为「王孟源dudu」的微博用户则表示,Google的计算位元是费米子,「九章」用的是光子,也因此,「九章」能比Google的版本快上100亿倍。若让「九章」去跑为费米量子计算机优化的程序,结果就会颠倒过来。

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截图自「王孟源dudu」的微博

花费巨大,实用价值存疑

实验规模让国外专家震惊

据潘建伟团队发表在Science网站上的论文描述,拿光子做了一个取样实验的「九章」,用到了100台干涉仪、25台压缩机、100台超导单光子检测仪……实验规模巨大,耗费资金也必然惊人。

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图片来自前述论文

此外,根据论文描述,「九章」的探测设备探测到了76个光子,但依据论文中的描述,「所有25个TMSS(双模压缩状态)都在其中的输出光子数分布。平均检测到的光子数为43,而最大检测到的光子数为76」,也就是说,76个光子是「九章」能探测到光子数量的最大值,平均而言,能探测到的光子数只有43个。

据悉,国外所做的经费少得多的玻色取样实验,一般只能探测到几个光子,与「九章」完全不在一个数量级上。

也因此,对于「九章」取得的成果,「国外专家」惊叹更多的,好像是实验所能调动的资源量级。有国外专家表示,让他们震惊的是「它的实验规模居然这么大」……

责任编辑:haq

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