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主题曲《孤独光量子》


  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

  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1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。
  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……
  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,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2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。
  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要零下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。