量子计算无用？从不屑一顾到不得不服，中国迎来“超级大脑”！
《孤单光量子》
张文卓改编
用我的能量帮助你跃迁
看你把激发能级填满
我，看见真空态在闪
听湮灭对产生说要勇敢
别看我们在宇宙的两端
把我的波矢汇成一线
飞，用光速飞到你面前
让你能看到粒子边
有反粒子做伴
少了我的频率来共振
你习不习惯
你的QED解不出我光量子的孤单
波函数的模方绕原子核来回旋转
我会耐心地等
随时冲到你身边
我无处不在。从137亿年前的宇宙大爆炸到跨年夜空中的烟火，我在光明中张扬，也在黑暗处闪亮。
我，是光子，光的组成部分。
我的小伙伴们曾驻足于爱因斯坦的金属板上，与电子碰撞出火花。为此，爱因斯坦解释光电效应，还获得诺贝尔奖。
我时常恶作剧。1926年，德国物理学家海森堡在实验室里踱步，眉头紧蹙，他无法同时测出我的位置和动量。
只是，到了2020年，本该放荡不羁的我渐渐乖巧。一支由中科大教授潘建伟、陆朝阳等学者组成的研究团队正在摸透我们的脾性，试图驯服我们。
在那套名为“九章”的量子计算原型机装置里，我们帮助他们开展特定的任务。他们在全球范围内首次实现光量子计算的“量子优越性”，中国由此成为第二个实现量子优越性的国家。
《超脑》大爆炸即将来临！
第一幕
改变
从不屑一顾到不得不服
“你的梦想是什么？”
“在中国建一个世界一流的量子物理实验室。”
对话发生在1996年奥地利，回答者是26岁的潘建伟，他的眼睛里闪着光。但听到这段对话时，我不以为意。彼时中国还未能与国际前沿的量子理论、技术接轨，更何谈世界一流？
但事实证明我错了。
相似故事，共振在10年后。彼时硕士研究生，如今的中科大教授陆朝阳接到一个重要任务：制备6个光子纠缠态。此前，还未有科学家尝试过该实验。我看到短暂的兴奋从这个20多岁年轻人脸上闪过，随后第一次做科研的重压随之而来。
图源/Pixabay
要让我们卖命？很难！我们光子脾气一向不好，噪音会让我们瞬间发作。“不配合，暴走起！”人类必须给我们提供极度安静的环境。我们也很顽皮，每时每刻都想着如何远离人类的视线，不受管控。
“遇事不决，量子力学！”对于未知世界，很多人总会在最后一刻选择放弃挣扎。我原以为他会和大多数人一样放弃，但此后的日子里，陆朝阳在几近痴狂的状态中度过。没有假期、没有双休日，每天蹲守在实验室里直至半夜。
合肥下雪了。校区一片安静，路面和树木裹上银装，和教学楼墙面一样白。锁上实验室的大门，陆朝阳走向积雪的路面。从中科大东校区实验室到位于西校区的学生宿舍，是一段两公里的路，要走20多分钟。这一次，他走得很慢，这可能是一年中他少见的放松时刻。专注沿途雪景的他甚至忘记了实验室里的弯路，还有这个寒假他没有回家过年……
图源/东方IC
最终他还是成功了，并将研究成果发表于《自然》杂志上。
我与他们的最新一次交锋，发生在2020年。他们要让我们在50路2米自由空间与20米光纤光程中运动，同时要锁定我们的相位，发生两两干涉。这些需要将精度控制在纳米级，相当于跑100公里距离，误差要小于一根头发丝。
同时，在实验过程中，光源要保证每次只放出一个“我”，每次放出的光子还需要一模一样。陆朝阳对外表示，这如同每次喝下一口水很容易，但要每次喝下一个水分子非常困难。
实验那天，实验室里摆放着上千个部件，形成光路。我们以一束波长为776纳米的脉冲激光形式现身，随后经过PPKTP晶体、量子干涉装置，最终被分离成一个个光子，相继进入不同的轨道，直至被探测器检测到。
“九章”为了解决高斯玻色取样问题，即当一束光经过有多个出口的光路时，计算每个出口有多少光出去。结果显示，76个光子的九章量子计算原型机求解5000万个样本的高斯玻色取样问题时只花费200秒，而世界上最强的超级计算机需要6亿年。当求解100亿个样本时，九章需10小时，而超算需1200亿年。
第二幕
超越
进阶为“超级大脑”
2020年12月，一张红蓝色图片开始在网络世界流传，我的故事牢牢占据着微博、贴吧、新闻网站的头条。一时间，我有些恍惚，认为自己也像丁真一样，成为一名“甜野”男孩，初尝走红滋味。
图源/网络
九章横空出世前，宣告过实现量子霸权的是谷歌54个超导比特（其中53个功能正常）的量子计算原型机“悬铃木”。2019年9月，谷歌研究人员称，悬铃木在解决“随机线路采样”问题上只需花费200秒，但世界第一超算需要计算1万年。
过度的赞美，难免让我羞愧。当《九章“秒杀”悬铃木》成为新闻标题时，我看到一位业内人士的脸上泛露愁容：“九章和悬铃木为特定任务设计，本身没有可比性。”
亲历过实验现场，我清楚在路过分束器网络后，只有大约30%的光子被检测到。实验后，超算检验到40个光子的计算结果，这已消耗40万美元。此后每多一个光子，成本就要翻倍，要核算76个光子，超算成本会是一个天文数字。
此外，尽管不同于“悬铃木”需要在零下273.12℃超低温环境里工作，九章大部分工作可以在室温下进行，但是探测器所需的温度仍需在零下269.15℃。
也有无知的声音，比如九章能有什么用？
量子计算机发展会有三个阶段：研制50~100个量子比特的专用量子计算机；研制可操纵数百个量子比特的量子模拟机，以解决比如高温超导机制、特殊材料设计等目前计算机无法处理但具有实用价值的问题；研制百万级以上量子比特可编程的通用量子计算机。
潘建伟在一次直播中预计，认为距离通用量子计算机还需20-30年。
那时候，我将发挥特长。不同于传统计算机只能同时计算一个任务，我能使量子计算机实现并行计算的能力。你一定看过《西部世界》，里面的机器人和人类一样具有意识和思维。同样，当我和AI融合时，我会成为它们的超级大脑，能同时着手多个工作。这不仅仅是能思考、能学习、能举一反三，更能识别人类微表情甚至意识。
“量子内秉的随机性可能与意识的起源有关。”潘建伟在MIT演讲时说。
如今，我依旧流荡尘世，等待这场“超脑”大爆炸的来临。
导演：孙鹏飞
编剧：孙鹏飞
主演：光子 九章
排版：冯诚杰
图片：IT时报 Pixabay 网络
来源：《IT时报》公众号vittimes
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