导读:正是因为中国科学家的努力,让中国在量子计算领域赶上了美国,才让键盘侠们能够好整以暇地说风凉话。如果美国的量子计算远超中国,人家用量子计算机破解了我们的密码,或者用量子计算机研发出了新药,键盘侠们会不会用同样的理由去批评人家不是计算机、是虚假宣传呢?
2020年12月,中国的量子计算机“九章”引起了国内外的轰动,受到了广泛赞扬(《比最快的超级计算机快一百万亿倍!中国科学家实现“量子计算优越性”里程碑》)。不过,随之也出现了不少抨击的声音。这其中最典型的,是认为九章根本不是个计算机,属于虚假宣传。
例如,不久前我和两位专家朋友尹璋琦教授、张文卓博士做了一场介绍量子计算的直播,又分成两个录播视频放出来(《科学家评论各国量子计算实力,你猜最大的喜剧和悲剧是谁?| 科技袁人》)。播放量都有几百万,绝大多数观众都表示受益匪浅。然而,也有人提这样的问题:九章算不算计算机?
实际上,在这条评论下面,立刻就有人回答他。大家觉得,这说明了什么?实际上,我仔细研究了一下他们的思维方式,得到一个结论:他们老想着通过下定义来否定一个成果,这不是建设性的思维方式。真正重要的不是一个事物叫什么名字,而是它实际是什么,能实现什么不平凡的效果。
比如说,我们经常提到宇宙飞船。请问,这东西真的是个船吗?如果你想论证它不是船,当然能找到一大堆理由。例如船应该在水里,不应该在太空。但你觉得,宇宙飞船这个词是不是虚假宣传呢?实际上,如果你对船这个概念做广义的理解,即能装载人旅行的交通工具,那么宇宙飞船确实是个船。量子计算机也是这样。
如果你把计算机的概念固定在平时见到的计算机,那你当然很容易论证九章不是个计算机。而如果你对计算机的概念做广义的理解,只抓它最本质的特点,即能计算,那么九章确实是个计算机。而且算得超级快,比常规的计算机快得多,这才是九章的价值。
在科学术语中,跟“量子”相对的叫做“经典”。所以后面,我们把现有的常规的计算机称为经典计算机。九章实现的超能力,是多个光子的“玻色子取样”。这个问题用经典计算机计算起来超级困难,因为它涉及到“积和式”。
积和式的定义看起来很简单,但计算量大得惊人,以至于经典计算机很快就算不动了。随着n的增加,n!增加得超级快。例如,1的阶乘是1,2的阶乘是2,3的阶乘是6,而10的阶乘是3628800。仅仅3的阶乘,就产生了四个亿连在一起的结果。
九章用200秒取样了5000万次,光子数的平均值是43,最多达到76。而现在最强的经典计算机取同样多的样需要6亿年,跟它相比九章有一百万亿倍的优势。
如果一个十九世纪的人穿越到现在,看到遍地是一种盒子,它用电工作,而人们把它叫做计算机,他肯定会惊讶不已。现在的你如果穿越到将来,说不定也会看到遍地是一种用光工作的盒子,而那时的人也把它称为计算机。
追根究底,任何物理过程如果能给出数学计算的结果,都可以称为计算。九章的技术难度在于对每个参数的精确控制。这些技术突破,包括最好的量子光源、最好的干涉技术、最好的锁相技术、最好的单光子探测器等等。
从更大的视野看去,这些技术突破本身就很重要,因为它们可以用于更大的范围。例如窦贤康院士与潘建伟研究组张强教授合作研制了量子雷达,将大气风场的探测距离从2.6公里提高到了8公里。
如果有人拿一个技术含量很低的装置跟九章类比,以此嘲讽九章,那么你可以问他两个问题:这个装置处理的是有精确定义的问题吗?这个问题是经典计算机难以处理的吗?他肯定会倒在其中至少一个问题上。
总而言之,有了九章和悬铃木,人们对量子计算的信心就大大增强了。现在再跑出一个唱衰人士说量子计算机永远不可能成功,人们相信他的可能性就很低了。这对整个行业很重要,否则如果各国政府和企业觉得量子计算是个大坑,全都撤了资,那它就真的不可能成功了。