深度:中国领跑一技术 超越全球最快计算机百亿亿倍

2016年08月21日 13:50 新浪军事 微博
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  超级计算机的意义相信大家都有了解,其在国防科研领域起到的无可替代的作用,无论是从现在航空、航天的空气动力研究,还是各种流体和场效应分析-连航空母舰舰岛都需要通过超级计算机吹风后才能进入下一个阶段的理论模型测试等等诸多方面,可以说是跟我们的国防科技紧密相关,所以中国现在才不断追求更快的超级计算机。目前位列全球TOP500首位的”太湖之光“超级计算机就是使用中国”神威“系列CPU的国产化超级计算机。不过其占地面积和能源消耗其实都相当巨大,所以人们一直在想是否能够有替代这种庞大超级计算机工具呢?就像当年的美国研制的ENIAC(埃尼阿克)计算机一样,其性能甚至还比不上今天的手机。

  随着中国自行研制“墨子”号量子通讯卫星升空,量子技术再度受到高度关注。当然,量子卫星的首席科学家潘建伟院士也成为了采访关注的焦点,在接受权威媒体采访时他透露了一个关键信息:将来只要实现了能操控100个粒子的量子计算机,在某些特定功能上就比现在最快的“太湖之光”快百亿亿倍,也就是说10的18次方的速度提升。这也为我们揭开了另一个全新领域,量子计算领域。由于量子本身的多态特性,其进行的不是单步逐行的分布式进行,而是同时完成。非常适合大规模数据计算。

  根据潘建伟院士的说法,我们可以进行如下猜测,随着未来数据量的驻日增加,要处理的数据位数(数据的长度)就会成几何层级的叠加,举例来说现在要对一个129位数字进行分解质因数计算,需要全球1600台超级计算机,并行工作长达8个月;而于对一个140位数字进行分解质因数,时间将会变成百年。但是如果有了一台量子计算机,数秒内就能得到结果。这个大致上类似于这样一个计算过程:999999=3 x 3 x 3 x 7 x 11 x 13 x 37,而上文说的129个9分解计算,大家可以想象下难度多大。分解质因数是现代科学计算中最基础的计算之一了。仅仅这样一个小例子,我们就不难看出量子计算机的重大意义。现在传统计算机已经收到了物理瓶颈限制,在模拟大量物理计算时,比如遗传算法,高精度流体模拟,以及大家熟知的核爆炸模拟式,都需要等!而且等待的时长根据复杂程度不同,而大不一样。就算提交给“天河”系列超级计算机的普通任务可能也需要数天才能得到答案。如果换了量子计算机,一切大不同,所以全球现在都在对量子计算机投入重金进行研制。

  根据央视的报道称,中国的量子计算机研究已经取得了突破性进展,中国科大的量子实验室已经成功研发了半导体化的量子芯片,大家都知道对于CPU这个大脑来说,其中的诸多小型芯片才是取决性能的关键,最终组成大量的组合电路,最终完成运算工作。不过现在人类对于量子的控制能力有限,中国这次公布的半导体化的量子芯片就是一种非常有益的尝试。尽管这块芯片必须要在底温而且有磁场辅助的设备中才能工作,而且配合它存储使用的量子存储芯片也跟玻璃砖般大小,总之距离实用化仍有距离。但是毕竟这是中国率先研制处的下一代超级计算机的最初原始部件之一。由于我们电子领域的飞速发展,这些都不会是难题,未来10到20年将会有可能做出完全状态的量子计算机。而中国目前已经走出了第一步,研发了量子CPU的核心部件之一,未来的竞赛比的就是谁发展更快了。

  量子计算机目前是一项颠覆性的技术,一旦哪国成功研发,就可以破解现在所有的密码(除量子密码以外),另外还可以解决大数据计算的难题。因此全球都在这一领域内重金投入研发,多国都在争夺话语权。谁能够率先掌握一门技术,谁就能构筑起自己的技术壁垒。这个跟当年两大CPU巨头成立之初差不多,谁先研发,谁先商业化,谁就能取得领先,剩下就是一代接着一代迭代研发,只要比别人先研发出来,谁就能构筑起一道坚硬的技术壁垒。中国目前确实已经处在了较为领先的地位,并处于领跑阶段。未来是否能够把量子技术实用化,还需要科学家们更多的努力,加油前进吧,中国的科技人员们!(作者署名:无名高地)

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