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潘建伟的“九章”是计算机吗?

(2020-12-14 20:37:26)
标签:

量子力学

量子计算机

玻色采样机

量子通信

潘建伟的“九章”是计算机吗?

近一段时间,中国科技界好消息连连,嫦娥五号登月取壤成功,中国核聚变环流二号首次放电,令国人欢饮鼓舞,真正体现了中国的科学技术能力的飞跃。更为热门的消息是,据称潘建伟的“九章”量子计算机实现了量子霸权,运算速度是太湖神光超级计算机的12.5亿亿倍!国内各界的欢呼声和赞美声,盖过了嫦娥五号和环流二号。

然而“九章”真有这样厉害,值得国人如此的狂热崇拜吗?我可以负责任地告诉大家,对“九章”的宣传完全言过其实,它与嫦娥五号和环流二号完全没有可比性。事实上,“九章”不但不是量子计算机,而且连一般的计算机都不是。它只是一个物理学意义上的光子概率测量机,没有任何逻辑计算功能,连一加一等于二都不会算。更不是有些人担心的,可以用它来破解银行密码。

从更本质上说,“九章”用光学数据的测量来代替数学逻辑计算,是一个瞒天过海,偷换概念的产物,与数学计算没有任何关系。可以举一个简单的例子,来说明它的实质。

我们知道,圆周率是无限不循环小数,等于3.141592654.....。虽然它是一个超越数,但可以用某些公式来计算,只是永远都算不到底。哪怕将世界上所有最强大的计算机联网,算到天荒地老也算不出最后的结果。

但有个人却认为,计算圆周率很容易。他拿了一把尺卷,绕某个杯子量一下周长,再量一下直径。将两个数值相除,得到圆周率大约为3.14。然后此人就声称他算出了圆周率,并认为他计算方法比世界上最强大的联网计算机快亿亿亿....倍!

我们能够认为做法是在计算圆周率吗?它只是测量,不是计算!事实上“九章”就相当这个卷尺,测量对象变成光子。整个过程被称为玻色(光子)取样,测量过程被说成是计算过程。以下来具体说明。

英国生物统计学家高尔顿设计了一个称为高尔顿钉板的装置,用来研究小珠子的随机分布。如下图1所示,在一个小箱子内壁上均匀钉上钉子,箱子上部入口处放进一些小珠子珠子下的过程中碰到每个钉子后都会1/2的概率向左或向右滚直到滚底板的某个格子内为止。只要珠子的数目足够多,最后会在底板堆成一个钟形,称为高斯正态分布

潘建伟的“九章”是计算机吗?
 1. 高尔顿钉板和高斯正态分布

如果钉子的数目不是很多,可以用数学方法计算每个珠子落到每个格子的概率,得到正态分布的数学形式。但如果钉子的数目很多,珠子落下时的路径就有非常多的可能性。计算量就会非常大,以至于一般的计算机在短时间内无法完成。

量子计算机理论认为,量子计算机具有指数加速功能,可以解决这个计算难度的问题。美国德克萨斯州大学的阿仑森和阿尔希波夫2012年发文章,设计了一个玻色取样机,如图2所示。 

 潘建伟的“九章”是计算机吗?

     2. 玻色取样机示意图

图中的盒子里放置多个反射镜和分光镜,形成某种光路网络。分光镜的作用相当于高尔顿钉板箱里的钉子,光子进入分光镜后,要么透过,要么被反射。光子从图2上部的1,1,1处射入,经过盒内反射镜和分光镜的作用,走过非常复杂的路线,最后从图下部7个口的某个口射出,被光子探测器探测到。根据探测到的光子的数目,就可以判断光子在每个出口处出现的几率。于是阿仑森和阿尔希波夫就认为,这个仪器可以模拟三个比特的量子计算机,因为用它可以得到光子在每个出口处的分布概率。

然而,这哪里有计算机的味道呢?它只是一个光子输入和输出的测量装置罢了。光子分布概率是测出来的,不是算出来的。其中不存在任何逻辑运算,没有任何存储和编程,怎么能说它是量子计算机呢?它连计算机的边都沾不着,与用一个卷尺测量圆周率完全是一会回事!

  潘建伟的“九章”是计算机吗?

3. “九章”玻色采样机

潘建伟的“九章”量子计算机如图3所示,与图2不同的只是用了更多的光子器件,布局更复杂罢了。按照有关报道,“九章”用了300个棱镜(反射镜),75个分光镜。在出口处有100个光子探测器,每次实验时间200秒,一般能测到43 个光子,最多一次测到76个光子。潘建伟和陆朝阳等取最多的一次为标准,认为“九章”计算速度超过太湖神光超级计算机的12.5亿亿倍。

然而从潘建伟等发表的文章中,我们看不出在这200秒的实验中输入多少个光子。由于目前的技术不可能得到单个光子,他们实际上用光子束做实验,根本不知道实际过程输入多少个光子。由于机器内部无比复杂,如果在200秒内出来43个光子,就应当有更多的光子仍在机器内游荡。不知要多少时间才能从出口射出来被探测到,可能远大于200秒。如果用更长的多的等待时间,让所有的光子都射出来,形成完整的几率分布,量子霸权还有吗?

事实上,在潘建伟等的发表文章中,我们看不出“九章”在哪个出口观察到几个光子,形成什么样的概率统计分布。由于“九章”内部结构不是高尔顿钉板,光子不是受引力作用而下落,出口处光子的分布就不可能是高斯正态分布。那么到底是什么分布呢?“九章”到底算出什么了?即使“算”出来,又能说明了什么呢?

最关键的问题是,用物理测量代替数学逻辑计算,把光子采样机说成量子计算机,阿仑森和阿尔希波夫从一开始就是错的。外行人看不猫腻是难免的,但世界上那么多专业人士难道就看不出来吗?连一个逻辑器件都没有,没有存储,没有运算,更谈不上没有编程,“九章”光子采样机只是一个高级玩具,在现实中是永远都找不到用处的。

去年谷歌宣布造成“西克莫”量子计算机,实现了量子霸权,但使用的也是相同的套路。采用所谓的“金属超导环”做量子比特(也有用LC震荡电路),但它们都是宏观物体,怎么可能用来做量子比特?由于使用的不是量子比特,就不可能有指数加速功能,哪来的量子计算机?

事实上,目前世界上所有声称的,已经造出的量子计算机都不是真正的量子计算机。由于一个微观粒子实际上不可能同时处于两个状态的,所谓的量子叠加态只是一种统计学上的说法,在现实上不可实现。这才是目前制造量子计算机困难重重的关键,量子计算机将永远是一个概念机。可惜的是,物理学家至今一直没有明白其中的道理。

2018年,潘建伟就宣布对10个光子进行操纵,制造出世界首台光量子计算机,计算速度超过世界首台电子计算机。但这台所谓的光量子计算机与“九章”一模一样,只是光子采样机,连一加一等于二都不会算。“九章”只是2018年机的升级版,在不久的将来,潘建伟还会宣布造出“九章二世”,“九章三世”......,但同样都是一加一等于二都不会算“量子计算机”!

十几年前,潘建伟开始做量子通信,还发射了“墨子号”量子通信卫星,并声称十年内要完成世界卫星网络布局,让千家万户都使用绝对保密的量子通信。但由于物理学原理上的错误,以及技术上的这种种问题,耗费了巨资,量子通信成了烂尾楼,现在已经被人抛弃。于是潘建伟改行做量子计算机,并说在十年后,二十年后......, 一定会找到用途。但我们还能信他吗?一个同样需要耗费巨资的玩具,一个永远都不能兑现的诺言,中国科学还能陪他玩下去吗?

 

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