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200秒完成6億年工作,中國量子計算機「九章」如何碾壓美國和日本的計算機?

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200秒完成6億年工作,中國量子計算機「九章」如何碾壓美國和日本的計算機?
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200秒完成6億年工作,中國量子計算機「九章」如何碾壓美國和日本的計算機?

2020年12月05日 15:25 最後更新:15:27

中國量子計算機「九章」花200秒能完成的工作,目前世界上最快的超級計算機「富岳」(日本富士通與日本理化學研究所共同開發的超級電腦),要工作6億年。

中國的「九章」面世。

中國的「九章」面世。

12月4日,中國科學技術大學宣佈潘建偉、陸朝陽等的研究團隊,成功構建76個光子的量子計算機「九章」,根據現有理論,它比日本的「富岳」超級計算機快100萬億倍。

《科學》期刊也在刊登了這一重磅成果。

《科學》期刊也在刊登了這一重磅成果。

100萬億,就是1後面跟著足足14個0,這個巨大的數字讓人頭暈目眩。頂級學術期刊《科學》也在今天刊登了這一重磅成果,審稿人們的評價同樣難掩激動:「一個重大成就」、「一個最先進的實驗」。

媒體第一時間,求教「九章」團隊核心成員、2019年「科學探索獎」獲獎人、中科大教授陸朝陽,只想搞清楚一個問題:「九章」,這個得名於中國古代最早數學專著《九章算術》的量子計算原型機,到底有多厲害?

中科大教授陸朝陽。

中科大教授陸朝陽。

對「九章」的每一篇報道,都會提到一個詞「量子優越性」。有了「九章」,中國成為全球第二個實現「量子優越性」的國家,也確立了國際量子計算研究中第一方陣的地位。

什麼是「量子優越性」?陸朝陽這樣告訴我們:「如果量子計算原型機,在某個問題上的計算能力超過了最強的傳統計算機,就證明量子計算在未來有多方超越的可能。」

或者說得再通俗一點。儘管理論勾勒出的美好前景令人神往,但量子計算還需要在現實中證明自己的實力。科學家們選擇了極端複雜的問題來考驗量子計算,讓它在實際應用中「秀出肌肉」。證明「量子優越性」,被認為是量子計算從理論到實踐「里程碑式的轉折點」。

「我行。」這是「九章」給出的答案。如果將樣本擴大到100億個,「九章」只需要10小時,但超級計算機需要1200億年,而地球從誕生至今,只有約46億年。通過「九章」,量子計算的並行計算能力,全面碾壓了傳統計算機。這就是「量子優越性」,因為差距過於誇張,」量子優越性「甚至被稱為「量子霸權」。

「九章」的主要對手,是美國谷歌的量子計算機「懸鈴木」,也可以算一筆賬。

「懸鈴木」選擇解決的問題,大方向也都是量子採樣,「九章」主攻「高斯玻色採樣」,「懸鈴木」選擇「隨機線路採樣」。

懸鈴屠龍 號令天下 九章不出 誰與爭鋒 。中國科學技術大學 圖片

懸鈴屠龍 號令天下 九章不出 誰與爭鋒 。中國科學技術大學 圖片

相比「懸鈴木」,「九章」有三大優勢:一是速度更快。雖然算的不是同一個數學問題,但與最快的超算等效比較,「九章」比「懸鈴木」快100億倍。

二是環境適應性。由於採用超導體系,「懸鈴木」必須全程在零下273.12℃(30mK)的超低溫環境下運行,而「九章」除了探測部分需要零下269.12攝氏度的環境外,其他部分可以在室溫下運行。

三是彌補了技術漏洞。「懸鈴木」只有在小樣本的情況下快於超算,「九章」在小樣本和大樣本上均快於超算。

「九章」開發者陸朝陽說,「打個比方,就是谷歌的機器短跑可以跑贏超算,長跑跑不贏;我們的機器短跑和長跑都能跑贏。」

「九章」的輸出態空間(量子糾纏可能出現的狀態)達到了10的30次方,記錄這些狀態,用光世界上左右的內存、硬盤、光盤還不夠,「懸鈴木」的輸出態空間則是10的16次方,兩者相差十幾個數量級。」陸朝陽表示。

值得一提的是,量子計算走到今天,已然展現出了誘人的應用前景。基於「九章號」量子計算原型機的「高斯玻色取樣算法」在圖論、機器學習、量子化學等領域具有潛在應用,將是後續發展的重要方向。

50匹馬和一根頭髮絲。

「我們需要50路光子同時通過20多米的光層,每一路都要保持25納米的精度,這相當於你讓50匹馬一起跑過100公里,必須同時到達,每匹馬的誤差,不能超過一根頭髮絲。」陸朝陽對於「九章」實現難度的形容,讓人倒抽一口冷氣。

「從工作想法來說,‘九章’的創新在於以壓縮態作為輸入來源,來做高斯玻色採樣,在具體實現方面,發展了四項關鍵性的技術。」陸朝陽介紹說。證明「量子優越性」不光要能計算,還要能出題,能測量。

「50匹馬和一根頭髮絲的比喻,是在形容我們達到的10的負9次方的鎖相精度,除此之外,我們還提供了國際上唯一一個具備高效率、高全同性、高亮度和大規模擴展能力的量子光源,構建起大規模、全聯通、通過率接近100%的矩陣相位,還能以非常高的效率來探測收集到的單光子,這其中每一項,都是一個很大的挑戰。」陸朝陽進一步解釋。

高品質光子源、高精度鎖相、規模化干涉……一項項創新與突破,讓「九章」後來居上。專用機?通用機?「九章」的強悍實力,讓圍觀群眾很難不隨之聯想,「除了實現‘量子優越性’,只能解決特定問題的‘九章’還有什麼用?」再進一步,就像傳統計算機花了20多年,走過從專用到通用的歷程一樣,我們離通用量子計算機還有多遠?

「很多人對通用量子計算機,有非常強大的執念。」陸朝陽說,「其實我想告訴大家,如果我們能產生一些有實用價值的專用量子計算機,已經有很大的社會和商業價值,比如‘九章’解決的,其實是數學問題,未來可以映射到制藥、材料設計等很多領域,每個問題的解決,可能都是個百億美元級別的產業。」

「九章」相當於76個量子比特,而通用量子計算機可能需要上千萬個量子比特。「過高的期望,隨之會產生大量的泡沫。」陸朝陽介紹說,「對於通用量子計算機,我們普遍認為,還需要15-20年的時間,每一個專用機,都是量子計算前進路上的墊腳石。只有一步一步走,沿途下蛋,才能保證量子計算領域的健康發展,避免‘量子寒冬’的到來。」




毛拍手

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毛拍手

在美國政府揮舞關稅大棒、中美經貿關係發生深刻變化的背景下,中國外貿大省、重點外貿城市紛紛積極應對。

內地澎湃新聞注意到,2025年一季度數據顯示,盡管全球供應鏈動盪加劇,中國外貿仍展現出強大韌性,廣東、江蘇、浙江、上海等七大省市進出口數據呈現增長趨勢,用海關總署副署長王令浚的話說就是,「實打實起到了挑大樑作用」。

近日,上海、浙江、江蘇、天津和湖南等地的黨政主要負責人,先後與外貿企業進行座談調研。其中,上海市、區兩級領導密集走訪調研外貿外資企業,全力支持企業穩定發展,這一系列舉措都彰顯了中國穩外貿的決心與行動力。

4月16日,北京2025年首趟中歐班列(北京—莫斯科)發車。新華社圖片

4月16日,北京2025年首趟中歐班列(北京—莫斯科)發車。新華社圖片

在全球經濟一體化的大背景下,外貿依存度(進出口總額佔GDP比重)成為衡量一個地區經濟外向程度的關鍵指標。

中國加入世界貿易組織後,外貿依存度一度大幅攀升,根據中經數據顯示,2004年達到69.8%的峰值。此後,隨著國內經濟結構調整以及內需市場的不斷擴大,外貿依存度逐步回落,2023年降至33.1%。

盡管整體呈下降趨勢,但不同地區和城市的外貿依存度仍存在顯著差異,而那些外貿依存度高的地區和城市較容易受到衝擊。

東部沿海地區憑借外向型經濟特徵,外貿依存度普遍偏高。比如,2024年,浙江金華進出口總額達8795億元,其中出口7719億元,外貿依存度超100%,遠超深圳的90%,其中義烏市貢獻全金華超80%的出口額。

作為外貿大省,浙江對美出口規模佔全省出口總額的16.2%,外貿依存度全國第一。為此,浙江省貿促會將推出「浙裡出海」專項行動,將舉辦5大系列30多場活動,幫助企業有效應對風險、科學海外布局、開拓多元化市場。

從行業維度來看,以出口導向型產業為主的城市,如電子信息、服裝紡織、玩具製造等產業集聚的城市,受衝擊更為直接。為此東莞出台「穩外貿30條」,全力防範和化解外部風險和衝擊,在開拓多元市場方面提出了9條舉措,力求通過鞏固發展外貿新業態和大力拓展新興市場雙向發力。

去年重登「中國外貿第一城」的深圳,則從支持企業線上線下開拓市場、發揮出口信用保險作用、擴大重點商品進口規模、增強企業綜合服務保障機制等10個方面,提出一系列具體舉措。

在省級層面,廣東提出要多措並舉穩住外貿市場,穩固現有貿易渠道,積極開拓多元市場,在擴大服務貿易上多做文章,更好保存量、拓增量。

從控制塔上俯瞰上海洋山港四期無人碼頭。新華社圖片

從控制塔上俯瞰上海洋山港四期無人碼頭。新華社圖片

中美經貿關係的深刻變化對外貿依存度高地區和城市帶來巨大挑戰的同時,也促使這些地區和城市加快轉型升級和市場多元化步伐。長三角各省市在穩外貿方面各顯神通,發揮各自的亮點和優勢積極突圍。

上海在穩外貿過程中充分發揮了金融中心和高端製造業的優勢。一方面,為外貿企業提供更加便捷、高效的金融服務,降低企業的融資成本和風險;另一方面,上海的集成電路、醫療器械等高端製造業企業不斷增強在國際市場的話語權和定價權,實現了外貿出口的穩定增長。

此外,上海還積極舉辦各類國際展會和貿易促進活動,如進博會等,為國內外企業搭建交流合作的平台,推動貿易自由化和經濟全球化發展。上海部分區還鼓勵企業加大對共建「一帶一路」國家、東盟、中東及拉美市場的開拓力度。

浙江積極推動產業升級和創新發展,以應對衝擊。一方面,大力發展人工智能、機械人等新興產業,如杭州的「六小龍」企業等,提高產品的科技含量和附加值,增強在國際市場的核心競爭力。

另外,浙江還加強與「一帶一路」沿線國家和地區的貿易合作,開拓新興市場,為外貿穩定增長提供了有力支撐。數據顯示,2024年,義烏市對共建「一帶一路」國家合計進出口4133.40億元,同比增長18.2%,佔同期義烏進出口總值的61.8%,成為拉動外貿增長的核心動力。

江蘇在穩外貿方面則注重提升高附加值產品的出口佔比,通過技術創新和產業升級,不斷提高產品的質量和競爭力。蘇州的電子信息產業在半導體、集成電路等領域加大研發投入,突破關鍵核心技術,實現了從低附加值的加工製造向高附加值的研發創新轉變,降低了關稅對產業的影響。

同時,江蘇積極利用RCEP協議等區域合作協定,加強與亞太地區國家的貿易往來,擴大市場份額。淮安2024年出口增速位列江蘇省第二,市委書記史志軍強調及時調整優化產品結構和業務結構,挖掘新興市場和國內市場。

在這場持續博弈中,中國通過「內循環為主、雙循環相互促進」的戰略,各地通過政策創新、產業升級和消費激活等多種措施,逐步構建起內外聯動的經濟韌性。

2023年底,國務院辦公廳印發《關於加快內外貿一體化發展的若干措施》。內外貿一體化,是要堅持「一體化」發展,幫助企業「兩條腿」走路。既要開拓國內市場,也要開拓國際市場,既鼓勵外貿企業轉內銷,也鼓勵內貿企業做外貿。

面對來自外貿的挑戰,各地也都在努力通過政策引導、標準銜接、平台建設等多維度措施,幫助企業克服市場分割、標準差異等難題,讓企業可以根據市場形勢的變化,在國內國際兩個市場間順滑切換。

比如,自年初以來,上海市商務委就積極推動外貿企業拓內銷工作,到重點外貿企業開展走訪調研,會同各區商務部門、重點行業協會等摸排外貿企業出口拓內銷意向;同時,積極發動上海各大電商平台和企業,發揮電商優勢推出相關服務舉措,助力本市外貿企業開拓國內市場、拓寬內銷渠道。

再如,浙江寧波慈溪打造家電行業內外貿一體化發展平台,提供內外貿產銷對接、全產業鏈要素資源對接等服務,聚集了行業上下游企業超1萬家。不少企業已嚐到內外貿一體化的甜頭,實現了內外貿「雙促進、雙增長」的局面。

中美經貿關係的深刻變化既是挑戰,也是中國外貿城市版圖重構的契機。東部沿海地區需加速技術升級與市場多元化,中西部則需依托陸路通道與產業轉移構建新優勢。從上海密集調研外貿企業到義烏商人的靈活應變,從粵港澳「新三樣」崛起至廣西邊境貿易火爆,中國外貿正以多層次、多維度策略應對變局。

這場博弈是「持久戰」與「攻堅戰」,而中國的統一大市場、全產業鏈與制度優勢,終將在全球化裂變中開闢新航道。只要繼續堅持開放與創新雙輪驅動,就能在不確定性中錨定確定性,實現外貿高質量發展。

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