中國人又刷新世界紀(jì)錄了！這次是在高速計(jì)算機(jī)領(lǐng)域，2023年10月11日，中國科學(xué)院大學(xué)傳來好消息：潘建偉、陸朝陽領(lǐng)銜的研究團(tuán)隊(duì)，通過與多家技術(shù)研究部門的合作，讓“九章三號”光量子計(jì)算原型機(jī)成功問世。

這臺原型機(jī)的運(yùn)算速度，刷新了光量子信息技術(shù)的世界紀(jì)錄，比全球最快的超級計(jì)算機(jī)還快了一億億倍，是名副其實(shí)的“中國速度”！

不過，在為探究團(tuán)隊(duì)、為祖國感到驕傲的同時，難免會有人疑惑：聽說過超級計(jì)算機(jī)、量子計(jì)算機(jī)，光量子計(jì)算機(jī)又是什么？它刷新了這個世界紀(jì)錄，又代表著什么呢？

相信很多人第一次聽說超級計(jì)算機(jī)這個名詞都是在自己的中學(xué)歷史課本里，黑白色的課本插圖排列著一座座像衣柜一樣的大型機(jī)器。從中不難發(fā)現(xiàn)，超級計(jì)算機(jī)確實(shí)是我們今天介紹的三種計(jì)算機(jī)類型中最古老的一種。

二十世紀(jì)二十年代，美國人率先投入了對大數(shù)據(jù)收集計(jì)算以及分析整理的自動運(yùn)行機(jī)器的研究當(dāng)中。彼時的美國剛剛經(jīng)歷過第二次工業(yè)革命的騰飛窗口，已經(jīng)是實(shí)際上的世界第一經(jīng)濟(jì)強(qiáng)國，技術(shù)專利的意識也從此深深進(jìn)入了每一個美國人的基因。

然而實(shí)際情況卻并不如他們想的那么簡單，1929年紐約世界報第一次報道了關(guān)于超級計(jì)算機(jī)的模型設(shè)想，同一年美國就陷入了歷史上著名的經(jīng)濟(jì)大蕭條時期。

雖然羅斯福總統(tǒng)上臺之后通過一系列改革力挽狂瀾，但內(nèi)部的問題解決了，還有外部的威脅。不久后第二次世界大戰(zhàn)拉開帷幕，日本人把投到了美國本土上。

很無奈，美國原本想象中的穩(wěn)定發(fā)展時期一直沒能等來，直到最早提出超級計(jì)算機(jī)設(shè)想的人都已經(jīng)不在了，后人才終于在1976年研發(fā)出了世界歷史上首臺真正意義上的超級計(jì)算機(jī)，其運(yùn)算速度達(dá)到不可思議的每秒2.5億次。

這是一個什么概念？在那個美蘇兩極爭霸的特殊歷史里，美國每時每刻都在與蘇聯(lián)進(jìn)行著軍備競賽。而這考驗(yàn)的不僅是武器裝備的更新?lián)Q代，還有后勤職能的效率比拼。

而超級計(jì)算機(jī)在這之中就是扮演了后勤總管的角色，每臺機(jī)器每秒運(yùn)算的那幾億次包括了各種軍事分析、生物基因工程、宇宙航天工程、核工業(yè)進(jìn)展等方方面面與軍備競賽相關(guān)的數(shù)據(jù)類型。

像超級計(jì)算機(jī)這樣的發(fā)明對于每個國家的強(qiáng)國之路來說無疑都是必備的，我們國家也緊隨世界潮流并且逐漸占到了引領(lǐng)的地位上。

2009年，中國國防科技大學(xué)成功研制出了我國第一臺每秒千萬億次級別的超級計(jì)算機(jī)“天河一號”，這一成就在當(dāng)時僅次于美國。

而只過了七年，神威太湖之光的問世則徹底標(biāo)志著美國壟斷時代的結(jié)束，中國科技已經(jīng)有足夠的實(shí)力在計(jì)算機(jī)技術(shù)領(lǐng)域與世界第一強(qiáng)國分庭抗禮，這是連日本和歐洲等發(fā)達(dá)國家所做不到的。

而隨著時代的進(jìn)步，尤其是上海世博會之后的世界，信息化似乎在以各種方式加速邁進(jìn)。每秒幾億次甚至千萬億次的計(jì)算都已經(jīng)難以滿足海量信息數(shù)據(jù)的處理要求，一種容量更大、運(yùn)行效率更高的新發(fā)明呼之欲出。

早在上世紀(jì)八十年代，也就是歷史上第一臺超級計(jì)算機(jī)問世后不久，英國牛津大學(xué)的量子物理研究人員就提出了量子計(jì)算機(jī)的模擬設(shè)想。但是在當(dāng)時，就連量子物理都算不上什么熱門的研究項(xiàng)目，以此為基礎(chǔ)的量子計(jì)算機(jī)更是幾乎無人問津。

進(jìn)入二十一世紀(jì)，人們很快就發(fā)現(xiàn)，量子身上疊加性和糾纏性的特點(diǎn)非常適合高難度的數(shù)學(xué)運(yùn)算。

這兩種特性我們可以這樣理解：量子不是一個固定的固體，或者說是一個不只具有一種形態(tài)的物體。在不同的特定環(huán)境下，量子可以轉(zhuǎn)換為不同的形態(tài)。

總之大家只需要清楚一點(diǎn)，那就是量子計(jì)算機(jī)是超級計(jì)算機(jī)的“升級版本”，前者不僅在運(yùn)算速度和效率上要比后者更高，還能處理很多后者難以處理的復(fù)雜問題。

很快，美國在量子計(jì)算機(jī)領(lǐng)域再次走在了起始領(lǐng)先地位。他們的高級研究計(jì)劃局在世紀(jì)之初甚至做出計(jì)劃，要在二十年內(nèi)給所有美國陸軍配備量子計(jì)算機(jī)。說來說去，美國人始終把軍事利益放在科技進(jìn)步的第一要義。

歐洲和日本也在二十一世紀(jì)先后展開了有關(guān)量子計(jì)算機(jī)的研究項(xiàng)目，有了超級計(jì)算機(jī)的前車之鑒，所有國家都意識到了在信息化時代里數(shù)據(jù)分析的重要性。

更具變革意義的是，隨著掌握量子計(jì)算機(jī)技術(shù)的國家越來越多，互相之間的軍情處理方式都已不再是秘密，索性格局打開，將量子計(jì)算機(jī)技術(shù)向民用商業(yè)化方向推廣。

像大家熟知的因特爾、微軟以及谷歌等電子產(chǎn)品或者處理器、引索網(wǎng)頁公司都已經(jīng)介入并擁有了量子計(jì)算機(jī)專利，作為普通人的電腦用戶也能體會到政府首腦每天處理工作時的便捷效率。

而且這些高科技公司同樣可以聘請任用各種專業(yè)領(lǐng)域的人才，他們的能力不輸政府職能人員，有助于量子計(jì)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)一步創(chuàng)新發(fā)展。

這一次，我們國家選擇在量子計(jì)算機(jī)研究領(lǐng)域上另辟蹊徑，在其他國家都在埋頭苦思量子計(jì)算機(jī)技術(shù)怎么才能更進(jìn)一步時，中國科學(xué)家們已經(jīng)在2017年打開了光量子計(jì)算機(jī)的大門。

比起傳統(tǒng)的量子計(jì)算機(jī)，光量子計(jì)算機(jī)擁有計(jì)算精準(zhǔn)度更高、適應(yīng)運(yùn)行環(huán)境更廣、防范病毒能力更強(qiáng)等優(yōu)秀特點(diǎn)，再一次將計(jì)算機(jī)核心處理器的水平提到了一個嶄新的高度。

初次問世，潘建偉和他的團(tuán)隊(duì)就在光量子計(jì)算機(jī)中操縱了十個超導(dǎo)量子比特，打破了此前最大計(jì)算位數(shù)的世界紀(jì)錄。

此后，中國科學(xué)院的專家學(xué)者們繼續(xù)以光量子計(jì)算機(jī)為研究方向努力工作，克服一道又一道技術(shù)難關(guān)，將中國計(jì)算機(jī)的運(yùn)算效率一次又一次提高。

2020年，潘建偉團(tuán)隊(duì)成功研制出了由76個光子組成的計(jì)算機(jī)原型實(shí)驗(yàn)機(jī)，以我國西漢時期的數(shù)學(xué)著作《九章算術(shù)》命名為“九章號”。

以此為運(yùn)行工具，完成高斯玻色取樣任務(wù)只需要短短二百秒，而即便是最高級的超級計(jì)算機(jī)，想要破解這一問題則需要六億年。

從六億年到二百秒，這就是全人類在過去半個世紀(jì)的時間里，在數(shù)據(jù)處理技術(shù)領(lǐng)域里所獲進(jìn)步的直觀表現(xiàn)。

在中國成功構(gòu)建光量子計(jì)算機(jī)技術(shù)之后，日本、德國、英國、芬蘭等國家也先后擁有了自己專利的量子計(jì)算機(jī)。

總體來看，無論是超級計(jì)算機(jī)、量子計(jì)算機(jī)還是今天的光量子計(jì)算機(jī)，其核心目的都是為了富國強(qiáng)兵、造福百姓。

從古至今，人們一直非常重視信息及時分析處理的重要性，上到國家層面的軍事經(jīng)濟(jì)戰(zhàn)略構(gòu)想，下到很多年輕人刷手機(jī)喜歡看的星座運(yùn)勢，凡此種種其實(shí)都是計(jì)算機(jī)大數(shù)據(jù)的運(yùn)算結(jié)果。

大數(shù)據(jù)不一定代表百分之百的正確，但它一定是最接近正確答案、最有參考價值的回答。

在計(jì)算機(jī)時代到來之前，處理海量的信息只能通過人力沒日沒夜地閱讀審批，再從得到的信息中分析拼湊出一個具象化的結(jié)論。

舉個簡單的例子，中國明清時期的內(nèi)閣、上書房、軍機(jī)處等皇權(quán)直屬機(jī)構(gòu)就是帝王身邊的信息處理機(jī)器，黃河決堤了、西北大旱了、關(guān)外有戰(zhàn)事了，舉國上下事無巨細(xì)，都要一封封審閱批示，清朝雍正皇帝就是因?yàn)檫^度勞累拖垮了身體。

所以，科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步總歸是有助于人類社會發(fā)展的。相信在未來計(jì)算機(jī)處理器還會獲得更不可思議的突破，而那個立于潮頭的位置，中國科學(xué)家們必然也會前赴后繼、勇于爭先。

參考文章：

《百萬分之一秒VS二百億年,中國量子計(jì)算又破紀(jì)錄》

《“九章三號”來了!就像孫悟空的“分身術(shù)”,量子計(jì)算為何如此神奇》

《再度刷新世界紀(jì)錄!“九章三號”光量子計(jì)算原型機(jī)研制成功》

《“九章三號”量子計(jì)算原型機(jī)問世 中國確立算力新里程碑