「九章」量子計算原型機受到大量質(zhì)疑？

近日，中國科學技術(shù)大學（即我們常說的「中科大」，校址在安徽合肥）宣布，該校潘建偉等人成功構(gòu)建了76個光子的量子計算原型機「九章」，求解數(shù)學算法高斯玻色取樣（Gaussian Boson Sampling）只需200秒，而目前世界最快的超級計算機要用6億年。這一突破使我國成為全球第二個實現(xiàn)「量子優(yōu)越性」的國家。

12月3日，相關(guān)研究成果——一篇題為《Quantum computational advantage using photons》（《使用光子的量子計算優(yōu)勢》）的論文，在線發(fā)表在了國際學術(shù)期刊《科學》（Science）上。

截圖自Science網(wǎng)站

消息一出，很快登上各大社交媒體平臺以及百度搜索的熱榜。各大官媒、市場化媒體，以及各大科普機構(gòu)、賬號（如知識分子、墨子沙龍、果殼等）也紛紛發(fā)文解讀這一成果，圍繞這一成果，無疑形成了很大的輿論熱點。

加之不同內(nèi)容平臺根據(jù)不同的計量單位、比較對象得出了一個比一個大的天文數(shù)字，相關(guān)討論被進一步炒熱。例如，上述「6億年」的數(shù)據(jù)之外，有些文章是這么個比較方式的：「演繹求解速度達到目前全球最快的超級計算機的一百萬億倍，遠遠超過經(jīng)典計算機」（來自「知識分子」）。顯然，6億年的漫長歲月已經(jīng)不夠彰顯「九章」的偉大了，「一百萬億倍」可能才夠描述「九章」所取得成果的震憾程度……

然而，在一大片的贊頌聲的海洋中，也出現(xiàn)了一些雜音，一些刺耳的雜音……

筆者梳理一些如下：

「九章」做了什么工作？

我們先看看「九章」的名稱，它被叫作「量子計算原型機」。它計算了什么呢？「求解數(shù)學算法高斯玻色取樣」。

根據(jù)新華社采訪潘建偉團隊的文章中所作的介紹，「高斯玻色取樣是一個計算概率分布的算法，可用于編碼和求解多種問題。當求解5000萬個樣本的高斯玻色取樣問題時，『九章』需200秒，而目前世界上最快的超級計算機『富岳』需6億年；當求解100億個樣本時，『九章』需10小時，『富岳』需1200億年?！?/p>

根據(jù)目前公開的信息來看，「求解數(shù)學算法高斯玻色取樣」也是「九章」唯一能做的「計算」。這一點是目前比較廣泛的共識。

據(jù)微信公眾號「數(shù)字經(jīng)濟公社」上一篇署名「徐令予」的作者所寫題為「『九章』距離通用型量子計算機有多遠」的文章所述，「『九章』只具有『高斯玻色取樣』這樣一種特定的處理能力，它連量子專用數(shù)字處理設備都算不上，離開通用量子計算機差之十萬八千里」，文章中「徐令予」表示，「這其實也是目前世上所有量子計算機的通病，連一個真實的Qubit（量子比特）和CNOT門（受控非門，Control－NOT gate）都沒有，這些物理實驗室的巧婦們竟敢造無米之炊?！?/p>

「徐令予」還表示，「九章」整套裝置從原理層面來看更像是一套模擬計算設備而不是數(shù)字計算設備。參考以往釆用電路模擬的「模擬電子計算機」，稱「九章」為「模擬量子計算機」更為合適（而不是「量子計算機」或「量子計算原型機」）。

知乎上還有一位匿名用戶吐槽了「九章」團隊這種將做一次「實驗」稱為做了「XX計算原型機」的做法。他表示，按這種說法，在地上撒一把沙子，記錄下沙子落到了哪些方格中，也可以是「掌紋計算原型機」了。

或許也是因為「九章」應用的局限性，加之它被國內(nèi)各種媒體大量吹捧，知乎上一位認證為「北京大學物理學院副教授、北京大學高性能計算平臺主任」的ID名為「雷奕安」的用戶，針對問題「中國量子計算原型機「九章」問世，意味著什么？會給中國和這個世界帶來哪些變化？」給出了一個這樣的回答——「世界多了一個笑話」。

當然，似乎不能否認的是，在唯一能做的這項工作上，「九章」是目前做得最出色的。

相比Google的「懸鈴木」

「九章」的優(yōu)劣勢在哪里

還是基于新華社的文章，潘建偉團隊表示，相比「懸鈴木」，「九章」有三大優(yōu)勢：

一是速度更快。雖然算的不是同一個數(shù)學問題，但與最快的超算等效比較，「九章」比「懸鈴木」快100億倍。二是環(huán)境適應性。「懸鈴木」需要零下273．12攝氏度的運行環(huán)境，而「九章」除了探測部分需要零下269．12攝氏度的環(huán)境外，其他部分可以在室溫下運行。三是彌補了技術(shù)漏洞。「懸鈴木」只有在小樣本的情況下快于超算，「九章」在小樣本和大樣本上均快于超算。

他們說：「打個比方，就是谷歌的機器短跑可以跑贏超算，長跑跑不贏；我們的機器短跑和長跑都能跑贏?！?/p>

但知名科普作家方舟子表示，「谷歌『懸鈴木』量子計算機可編程，是真正的計算機，而「九章」不可編程……」。 一位研究光學的前北京大學教授也表示，谷歌的「懸鈴木」可以編一些小程序，解線性議程組。目前，谷歌的「懸鈴木」已經(jīng)開放，可以通過其網(wǎng)站訪問。（OFweek君簡單搜索了一下，沒有找到相關(guān)網(wǎng)站，可能是英文水平太差，如果有小伙伴能找到，歡迎留言分享！）

小結(jié)一下，就是「九章」在「求解數(shù)學算法高斯玻色取樣」方面成績比「懸鈴木」快非常多，但「懸鈴木」勝在能運行一些小程序，適用范圍比「九章」廣一些。

ID為「王孟源dudu」的微博用戶則表示，Google的計算位元是費米子，「九章」用的是光子，也因此，「九章」能比Google的版本快上100億倍。若讓「九章」去跑為費米量子計算機優(yōu)化的程序，結(jié)果就會顛倒過來。

截圖自「王孟源dudu」的微博

花費巨大，實用價值存疑

實驗規(guī)模讓國外專家震驚

據(jù)潘建偉團隊發(fā)表在Science網(wǎng)站上的論文描述，拿光子做了一個取樣實驗的「九章」，用到了100臺干涉儀、25臺壓縮機、100臺超導單光子檢測儀……實驗規(guī)模巨大，耗費資金也必然驚人。

圖片來自前述論文

此外，根據(jù)論文描述，「九章」的探測設備探測到了76個光子，但依據(jù)論文中的描述，「所有25個TMSS（雙模壓縮狀態(tài)）都在其中的輸出光子數(shù)分布。平均檢測到的光子數(shù)為43，而最大檢測到的光子數(shù)為76」，也就是說，76個光子是「九章」能探測到光子數(shù)量的最大值，平均而言，能探測到的光子數(shù)只有43個。

據(jù)悉，國外所做的經(jīng)費少得多的玻色取樣實驗，一般只能探測到幾個光子，與「九章」完全不在一個數(shù)量級上。

也因此，對于「九章」取得的成果，「國外專家」驚嘆更多的，好像是實驗所能調(diào)動的資源量級。有國外專家表示，讓他們震驚的是「它的實驗規(guī)模居然這么大」……

責任編輯：haq