最新一期全球超級(jí)計(jì)算機(jī)500強(qiáng)權(quán)威榜單揭曉，美國(guó)超級(jí)計(jì)算機(jī)“頂點(diǎn)”以每秒14.86億億次的浮點(diǎn)運(yùn)算速度再次登頂，第二位是美國(guó)超算“山脊”，中國(guó)超算“神威太湖之光”和“天河二號(hào)”分列三、四位。從連續(xù)多年榜單成績(jī)看，中美兩國(guó)在超算領(lǐng)域你追我趕的態(tài)勢(shì)不減。

而近三十年來，物理學(xué)家們也一直在談?wù)摵脱邪l(fā)量子計(jì)算技術(shù)。量子計(jì)算領(lǐng)域的競(jìng)賽也早已經(jīng)打響。日前谷歌一支研究團(tuán)隊(duì)宣布量子計(jì)算取得技術(shù)突破，同樣引起世界關(guān)注。

量子計(jì)算機(jī)“秒殺”超級(jí)計(jì)算機(jī)?“量子計(jì)算”時(shí)代開啟?超算和量子計(jì)算比，到底哪個(gè)更厲害?

超算“戰(zhàn)功顯赫”

舉些例子,完成500人規(guī)模的全基因組信息關(guān)聯(lián)性分析，利用傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)需1年，利用超級(jí)計(jì)算機(jī)“天河二號(hào)”只需3個(gè)小時(shí);研制一架大飛機(jī)，過去需耗費(fèi)2年時(shí)間做全機(jī)風(fēng)動(dòng)試驗(yàn)，利用超級(jí)計(jì)算機(jī)模擬仿真，6天就能完成;國(guó)家超級(jí)計(jì)算長(zhǎng)沙中心的人工智能篩查機(jī)器人，3至5分鐘就能精確“問診”骨質(zhì)疏松癥，準(zhǔn)確率超過90%……

可見，超級(jí)計(jì)算機(jī)能夠執(zhí)行一般個(gè)人電腦無法處理的大資料量，特點(diǎn)主要是極大的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)容量和極快速的數(shù)據(jù)處理速度，因此它可以在多個(gè)領(lǐng)域進(jìn)行一些人們或者普通計(jì)算機(jī)無法進(jìn)行的工作。

超算是一個(gè)國(guó)家綜合實(shí)力的體現(xiàn)，其雄渾的算力已經(jīng)發(fā)揮出巨大的應(yīng)用價(jià)值。比如在國(guó)防科技，工業(yè)化，航天衛(wèi)星等領(lǐng)域，其次在諸如氣象，物理，探測(cè)等領(lǐng)域顯現(xiàn)出它的優(yōu)勢(shì)。人工智能、深入學(xué)習(xí)、生物醫(yī)藥、基因工程、金融分析等新興領(lǐng)域超算也發(fā)揮著重要的作用。

科學(xué)家們預(yù)測(cè)，在未來的 5G 時(shí)代，超算還將發(fā)展為共享服務(wù)器云計(jì)算的形式，發(fā)揮它極強(qiáng)運(yùn)算速度和大批量數(shù)據(jù)處理的優(yōu)勢(shì)。甚至，因?yàn)橛兄鵁o與倫比的計(jì)算速度，超級(jí)計(jì)算機(jī)可以涌來模擬核武器試爆，提供大量無限接近于實(shí)際數(shù)據(jù)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，模擬各種爆炸環(huán)境，這樣，國(guó)家不需要再進(jìn)行真實(shí)的核爆炸，只需通過高性能計(jì)算機(jī)的模擬試驗(yàn)，就能得到和真實(shí)的核試驗(yàn)一樣的數(shù)據(jù)，從而完成核武器的研發(fā)。

海南大學(xué)信息科學(xué)技術(shù)學(xué)院葉春楊教授表示，超算也有“先天不足”，超算所包含的CPU(中央處理器)越多，計(jì)算能力越強(qiáng)，所需要的能耗就越高，所需要的協(xié)同技術(shù)及冷卻等要求也越高。

量子計(jì)算潛力巨大

量子計(jì)算確實(shí)是被寄予厚望的。各方資料顯示，科技巨頭和各國(guó)政府一直在努力發(fā)展量子計(jì)算，在這個(gè)新興行業(yè)中，谷歌、IBM、微軟等科技巨頭正在展開一場(chǎng)廝殺，都希望能把開發(fā)者吸引到各自的量子平臺(tái)上。

據(jù)香港《南華早報(bào)》網(wǎng)站在12月1日?qǐng)?bào)道中說道，量子，人類大腦已知的這個(gè)最微小的領(lǐng)域?qū)?guó)家安全、商務(wù)、醫(yī)學(xué)、武器以及與計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)相關(guān)的幾乎一切事物都將有重大影響。這是因?yàn)榱孔佑?jì)算在速度和功率方面有望比現(xiàn)有最大超級(jí)計(jì)算機(jī)還要高出多個(gè)數(shù)量級(jí)。難怪中國(guó)、美國(guó)和歐盟都在激烈爭(zhēng)奪這個(gè)高科技“必殺技”

而日前谷歌發(fā)布的成就主要在于建成了“西克莫”量子計(jì)算機(jī)，可在3分20秒內(nèi)完成隨機(jī)取樣計(jì)算。谷歌的這款量子計(jì)算機(jī)有54個(gè)超導(dǎo)量子位元，其中在測(cè)試期間工作的超導(dǎo)量子位元有53個(gè)。它的計(jì)算任務(wù)是“證明隨機(jī)數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生數(shù)字的隨機(jī)性”。

谷歌宣稱，面對(duì)同樣的問題，國(guó)際商用機(jī)器公司(IBM)的“頂點(diǎn)”超級(jí)計(jì)算機(jī)大約需要1萬年才能解決。谷歌稱這是量子計(jì)算機(jī)發(fā)展的一個(gè)重要里程碑，并宣稱自己已經(jīng)成功實(shí)現(xiàn)了“量子霸權(quán)”。對(duì)于這一成果，特朗普的大女兒伊萬卡都忍不住第一時(shí)間發(fā)出賀電。

不過，國(guó)際商用機(jī)器公司對(duì)此表示異議，它說只需略加調(diào)整程序，“頂點(diǎn)”就能在2天半之內(nèi)解決同樣的問題。但是，這等于默認(rèn)了量子計(jì)算的強(qiáng)大能力。

量子計(jì)算和超算的兩者的原理有什么不同?用專業(yè)術(shù)語解釋，量子計(jì)算機(jī)就是一類遵循量子力學(xué)規(guī)律進(jìn)行高速數(shù)學(xué)和邏輯運(yùn)算、存儲(chǔ)及處理量子信息的物理裝置。

葉春楊教授表示，簡(jiǎn)單地說，傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)以“比特”為單位進(jìn)行“思考”，利用二進(jìn)制0和1來計(jì)算。量子計(jì)算機(jī)利用的是量子態(tài)，不僅僅是0和1，可以是多個(gè)狀態(tài)或“疊加態(tài)”，就像鋼琴的和弦，所有量子的一個(gè)單位能儲(chǔ)存和處理的數(shù)據(jù)也就更多，所以它的能力很強(qiáng)，相當(dāng)于多個(gè)計(jì)算機(jī)同時(shí)進(jìn)行。

解決實(shí)際問題還需數(shù)年時(shí)間

美國(guó)谷歌公司研究人員在發(fā)表量子計(jì)算突破的這篇論文中指出，盡管這臺(tái)計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)了“量子霸權(quán)的實(shí)驗(yàn)”，并預(yù)示著“備受期待的計(jì)算范式的出現(xiàn)”，但它只能夠執(zhí)行單一的、高度技術(shù)性的計(jì)算，量子計(jì)算機(jī)距離解決實(shí)際問題還需要數(shù)年時(shí)間。

開發(fā)量子計(jì)算機(jī)競(jìng)爭(zhēng)中，谷歌最大競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手IBM公司。IBM研究主管吉爾在接受英國(guó)媒體采訪時(shí)表示，谷歌新開發(fā)的系統(tǒng)只是專門為解決單個(gè)問題而設(shè)計(jì)的硬件，并不是一臺(tái)通用計(jì)算機(jī)。

浙江大學(xué)物理系尹藝教授認(rèn)為，谷歌量子計(jì)算團(tuán)隊(duì)已經(jīng)深耕超導(dǎo)量子芯片多年，這個(gè)實(shí)驗(yàn)代表了現(xiàn)階段量子計(jì)算機(jī)發(fā)展的最高水平。他們通過在“西克莫”處理器實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜量子體系的演化，生成了一組隨機(jī)序列，進(jìn)行了隨機(jī)電路采樣的實(shí)驗(yàn)，完成了對(duì)量子優(yōu)越性的實(shí)驗(yàn)展示。同時(shí)，我們也需要知道，這個(gè)工作僅僅完成了第一步，僅僅是展現(xiàn)了量子計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的計(jì)算潛力，當(dāng)下還未實(shí)現(xiàn)量子比特的糾錯(cuò)，真正實(shí)現(xiàn)量子計(jì)算機(jī)還需要持續(xù)的進(jìn)一步工作。

葉春楊教授認(rèn)為，量子計(jì)算機(jī)具有更好的發(fā)展前景。未來超級(jí)計(jì)算機(jī)完全有可能被量子計(jì)算機(jī)取代，這種取代可能比機(jī)械化取代人力更具有震撼性。谷歌公司舉動(dòng)后續(xù)效果可能會(huì)慢慢呈現(xiàn)。目前量子計(jì)算機(jī)的主要問題是準(zhǔn)確性問題，而且都是針對(duì)特定問題的，還沒有實(shí)現(xiàn)通用的量子計(jì)算機(jī)。如果這些都實(shí)現(xiàn)了，那就可以完全取代超級(jí)計(jì)算機(jī)了。目前全世界都在加大量子計(jì)算機(jī)的投入，估計(jì)未來10年會(huì)有很大的突破。

借用經(jīng)濟(jì)歷史學(xué)家卡洛塔·佩雷茲的理念，革命性的技術(shù)總會(huì)經(jīng)過一段“鍍金時(shí)代”，所以，我們沒有什么理由認(rèn)為量子計(jì)算會(huì)脫離這個(gè)路徑。(記者 王祝華)

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