「九章」量子计算原型机受到大量质疑？

近日，中国科学威廉希尔官方网站 大学（即我们常说的「中科大」，校址在安徽合肥）宣布，该校潘建伟等人成功构建了76个光子的量子计算原型机「九章」，求解数学算法高斯玻色取样（Gaussian Boson Sampling）只需200秒，而目前世界最快的超级计算机要用6亿年。这一突破使我国成为全球第二个实现「量子优越性」的国家。

12月3日，相关研究成果——一篇题为《Quantum computational advantage using photons》（《使用光子的量子计算优势》）的论文，在线发表在了国际学术期刊《科学》（Science）上。

截图自Science网站

消息一出，很快登上各大社交媒体平台以及百度搜索的热榜。各大官媒、市场化媒体，以及各大科普机构、账号（如知识分子、墨子沙龙、果壳等）也纷纷发文解读这一成果，围绕这一成果，无疑形成了很大的舆论热点。

加之不同内容平台根据不同的计量单位、比较对象得出了一个比一个大的天文数字，相关讨论被进一步炒热。例如，上述「6亿年」的数据之外，有些文章是这么个比较方式的：「演绎求解速度达到目前全球最快的超级计算机的一百万亿倍，远远超过经典计算机」（来自「知识分子」）。显然，6亿年的漫长岁月已经不够彰显「九章」的伟大了，「一百万亿倍」可能才够描述「九章」所取得成果的震憾程度……

然而，在一大片的赞颂声的海洋中，也出现了一些杂音，一些刺耳的杂音……

笔者梳理一些如下：

「九章」做了什么工作？

我们先看看「九章」的名称，它被叫作「量子计算原型机」。它计算了什么呢？「求解数学算法高斯玻色取样」。

根据新华社采访潘建伟团队的文章中所作的介绍，「高斯玻色取样是一个计算概率分布的算法，可用于编码和求解多种问题。当求解5000万个样本的高斯玻色取样问题时，『九章』需200秒，而目前世界上最快的超级计算机『富岳』需6亿年；当求解100亿个样本时，『九章』需10小时，『富岳』需1200亿年。」

根据目前公开的信息来看，「求解数学算法高斯玻色取样」也是「九章」唯一能做的「计算」。这一点是目前比较广泛的共识。

据微信公众号「数字经济公社」上一篇署名「徐令予」的作者所写题为「『九章』距离通用型量子计算机有多远」的文章所述，「『九章』只具有『高斯玻色取样』这样一种特定的处理能力，它连量子专用数字处理设备都算不上，离开通用量子计算机差之十万八千里」，文章中「徐令予」表示，「这其实也是目前世上所有量子计算机的通病，连一个真实的Qubit（量子比特）和CNOT门（受控非门，Control－NOT gate）都没有，这些物理实验室的巧妇们竟敢造无米之炊。」

「徐令予」还表示，「九章」整套装置从原理层面来看更像是一套interwetten与威廉的赔率体系 计算设备而不是数字计算设备。参考以往釆用电路模拟的「模拟电子计算机」，称「九章」为「模拟量子计算机」更为合适（而不是「量子计算机」或「量子计算原型机」）。

知乎上还有一位匿名用户吐槽了「九章」团队这种将做一次「实验」称为做了「XX计算原型机」的做法。他表示，按这种说法，在地上撒一把沙子，记录下沙子落到了哪些方格中，也可以是「掌纹计算原型机」了。

或许也是因为「九章」应用的局限性，加之它被国内各种媒体大量吹捧，知乎上一位认证为「北京大学物理学院副教授、北京大学高性能计算平台主任」的ID名为「雷奕安」的用户，针对问题「中国量子计算原型机「九章」问世，意味着什么？会给中国和这个世界带来哪些变化？」给出了一个这样的回答——「世界多了一个笑话」。

当然，似乎不能否认的是，在唯一能做的这项工作上，「九章」是目前做得最出色的。

相比Google的「悬铃木」

「九章」的优劣势在哪里

还是基于新华社的文章，潘建伟团队表示，相比「悬铃木」，「九章」有三大优势：

一是速度更快。虽然算的不是同一个数学问题，但与最快的超算等效比较，「九章」比「悬铃木」快100亿倍。二是环境适应性。「悬铃木」需要零下273．12摄氏度的运行环境，而「九章」除了探测部分需要零下269．12摄氏度的环境外，其他部分可以在室温下运行。三是弥补了威廉希尔官方网站 漏洞。「悬铃木」只有在小样本的情况下快于超算，「九章」在小样本和大样本上均快于超算。

他们说：「打个比方，就是谷歌的机器短跑可以跑赢超算，长跑跑不赢；我们的机器短跑和长跑都能跑赢。」

但知名科普作家方舟子表示，「谷歌『悬铃木』量子计算机可编程，是真正的计算机，而「九章」不可编程……」。 一位研究光学的前北京大学教授也表示，谷歌的「悬铃木」可以编一些小程序，解线性议程组。目前，谷歌的「悬铃木」已经开放，可以通过其网站访问。（OFweek君简单搜索了一下，没有找到相关网站，可能是英文水平太差，如果有小伙伴能找到，欢迎留言分享！）

小结一下，就是「九章」在「求解数学算法高斯玻色取样」方面成绩比「悬铃木」快非常多，但「悬铃木」胜在能运行一些小程序，适用范围比「九章」广一些。

ID为「王孟源dudu」的微博用户则表示，Google的计算位元是费米子，「九章」用的是光子，也因此，「九章」能比Google的版本快上100亿倍。若让「九章」去跑为费米量子计算机优化的程序，结果就会颠倒过来。

截图自「王孟源dudu」的微博

花费巨大，实用价值存疑

实验规模让国外专家震惊

据潘建伟团队发表在Science网站上的论文描述，拿光子做了一个取样实验的「九章」，用到了100台干涉仪、25台压缩机、100台超导单光子检测仪……实验规模巨大，耗费资金也必然惊人。

图片来自前述论文

此外，根据论文描述，「九章」的探测设备探测到了76个光子，但依据论文中的描述，「所有25个TMSS（双模压缩状态）都在其中的输出光子数分布。平均检测到的光子数为43，而最大检测到的光子数为76」，也就是说，76个光子是「九章」能探测到光子数量的最大值，平均而言，能探测到的光子数只有43个。

据悉，国外所做的经费少得多的玻色取样实验，一般只能探测到几个光子，与「九章」完全不在一个数量级上。

也因此，对于「九章」取得的成果，「国外专家」惊叹更多的，好像是实验所能调动的资源量级。有国外专家表示，让他们震惊的是「它的实验规模居然这么大」……

责任编辑：haq