中国的量子计算机什么水平,被西方称为中国新“霸权”的量子计算机，除了波色采样还会什么？...

浅浅的花香味﹌ 2023-01-23 12:49 8阅读 0赞

波色采样是一种类似模拟推演从而得出最后结果的过程，这种方式可以大幅减少中间繁琐数据的处理，从而依靠少量数据就可以得到之前繁琐常规计算的结论。玻色采样对中国绝大部分人是很陌生的，其被中国人广泛熟悉是来源于最近中国新研发的“九章”量子计算机，国外被称为“量子霸权”。

量子计算机

最近科学频道出了一个大新闻，说是中国科学技术大学潘建伟团队研制出了最新量子计算机，取名九章，其在波色采样问题上，几百秒的计算结果，使用世界上最先进的超级计算机需要几十亿年。初次听到这个新闻时，大家可能会很疑惑，隐约觉得”量子霸权“是要来了吗？或者会有种以后的计算机将会很快再也不卡顿这种错觉。其实并没有这么厉害，这种量子计算机不过是改变了计算方式，”九章“只能计算玻色采样这一个问题，其他任何事情也做不了。

什么是波色采样？

由于这个问题很新，我们可以用类比手法，从与它相似的计算方式说明。比如我们高中和大学经常学的高尔顿钉板和线性代数。

高尔顿钉板

在上图高尔顿钉板中，一共有5个落槽，我们从上面入口处放入小球，其可能落入5个落槽中的任何一个。为了计算出丢入一个小球其落入每个落槽的概率，我们可以用排列方式找出小球所有可能的路径，每个路径概率都是1，传统计算得出每个入口的概率如下图所示。

高尔顿钉板每个落槽的概率

这种传统计算方式在面对较少槽数时计算十分简便，但是上图的计算公式显示，如果高尔顿钉板的钉子排数达到100个时，某个落槽的概率计算公式竟然达到了10的137次方个字符，要想算出每个落槽的概率极度困难，如果钉子排数继续增加，现在的计算机就再无计算的能力了，即使可以计算也可能要耗费几百甚至上千亿年。要想得出同样数据的结果，其实还有另一种方式，那就是模拟一个高尔顿钉板，通过放入大量小球随机落入，然后数出每一个落槽的小球数除以总数就可以得出概率了。实际上可能不好操作，但是在计算机上却可以直接模拟环境，这种方式计算出最终结果的速度要远远快于公式计算。

“九章”计算的波色采样与上述例子基本一致。上过大学的应该都学过行列式，行列式的合理使用会让计算十分简单，但是与行列式相对的还有一个叫积和式，这是一个计算过程极度繁琐的行列式，其计算公式如下图所示。

积和式计算公式

由公式可以看出，当n达到100时，其数据就达到了10的32次方，世界上最快的太湖之光计算机每秒计算量为10的17次方，最少需要4000万年。为了寻找更快得出结论的方式，人们不断探索后发现整体波函数与积和式有一种特殊的对应关系。于是人们开始使用波色采样来模拟积和式的计算环境，通过直接在整个大型模拟设备入口处放入一定数量光子，然后查看每个出口光子的数量，光子速度很快，几百秒后就能得出上万个结论数据。

中国科大潘潘建伟团队与量子计算机

这样就算没有中间的计算步骤，仅仅通过模拟环境就得出了最后结论。这种计算方式和普通计算机 的过程数据计算有根本不同，所以用九章200秒可以得出传统计算机几百亿年的计算结果来比较是没有意义的，很可能是媒体们故意用这种巨大反差来突出成果。“九章”量子计算机，完全是利用了波色采样与积和式特殊的对应方式，除了计算玻色采样目前没有任何用处，更没法与传统计算机相比较，未来可能会有更多模拟方式来减少繁琐的计算过程。