中国第一台光量子计算机揭秘

       第一台光量子计算机由中国科技大学、中国科学院-阿里巴巴量子计算实验室、浙江大学、中国科学院院物理所等单位协同完成研发，是货真价实的“中国造”。

       这几年，中国科技树长势喜人，今天科技界又迎来了一个振奋人心的消息：世界上第一台超越早期经典计算机的光量子计算机在中国诞生！

       这标志着，我国的量子计算机研究领域已迈入世界一流水平行列。

       量子计算机是指利用量子相干叠加原理，理论上具有超快的并行计算和模拟能力的计算机。如果将传统计算机比作自行车，量子计算机就好比飞机。

       量子计算利用量子相干叠加原理，在原理上具有超快的并行计算和模拟能力，计算能力随可操纵的粒子数呈指数增长，可为经典计算机无法解决的大规模计算难题提供有效解决方案。

举个例子，使用亿亿次的“天河二号”超级计算机求解一个亿亿亿变量的方程组，所需时间为100年，而使用一台万亿次的量子计算机求解同一个方程组，仅需0.01秒。

据中科院院士潘建伟介绍，中国2016年就首次实现了10光量子纠缠操纵，随后在此基础上利用自主发展的综合性能国际最优的量子点单光子源，通过电控可编程的光量子线路，构建了针对多光子“玻色取样”任务的光量子计算原型机，速度比之前国际同行所有类似实验快了至少2.4万倍。

       “按照目前的估计，大家应该在非常近的未来，也许是5年，也许是10年，能够实现40个比特左右的量子纠缠，在这个基础上，就可以来计算一些特殊的问题。”潘建伟院士说。

       对比经典算法，这台光量子计算原型机比人类首台电子管计算机(ENIAC)和首台晶体管计算机(TRADIC)运行速度提高10-100倍。这也是世界首台超越早期经典计算机的光量子计算机。

       预计到2017年底，研究团队将进一步实现对大约20个光量子比特的操纵。

       另外，在超导体系，中国也打破了由美国(Google/NASA/加州大学圣塔芭芭拉分校)保持的9个量子比特操纵记录，自主研发了10比特超导量子线路样品。

       这成功实现了目前世界上最大数目的超导量子比特的多体纯纠缠，并通过层析测量方法完整地刻画了10比特量子态，还在超导量子处理器上实现了快速求解线性方程组的量子算法。

       在此前关于中国这台光量子计算机的介绍中，阿里巴巴的名字并未出现，但其实阿里在这方面的贡献是相当大的。

       两年前，阿里巴巴就与中科院合作成立了亚洲首个量子计算实验室，开展在量子信息科学领域的前瞻性研究，探索超越经典计算机的下一代超快计算技术。

       双方很快就取得了优异的成绩，将量子计算从学术带到了现实世界。

       今年3月的深圳云栖大会上，阿里云公布了全球首个云上量子加密通讯案例，通过建立多个量子安全传输域，为客户提供无条件安全数据传输服务。

       不久前马云还宣布启动阿里巴巴的“NASA计划”，并称现在研究的目标是为了解决10年、20年后的困难，而量子计算就是阿里巴巴解决20年后计算资源稀缺的秘密武器。

       预计到2025年，量子计算机将达到当今世界最快超级计算机的水平，可解决一些目前无法克服的重大科技难题。

我看到了一条河

    童年在我的记忆中比较模糊，但其中有几个片段却令我记忆犹新。

    我四岁那年，有一次，妈妈开车带我回家。路上，她让我在离家几英里（1英里约合1.6公里）的农田边下车，然后自己回家。虽然那次以我彻底迷路而告终，但此事对我的影响很大。在这样的环境中，我们从小就乐于寻找挑战。

    刚开始学游泳时，我大概有四五岁。我们全家和朱迪斯姑姑、温迪姑姑、乔姑父一起在德文郡（dù）假。我最喜欢朱迪斯姑姑。她在假期开始时和我打赌，如果我能在假期结束前学会游泳，就给我10先令（先令是英国旧币，10先令相当于半个英镑）。于是我每天泡在冰冷的海浪里，一练就是几个小时。但是到了最后一天，我仍然没有学会游泳。我最多只能挥舞着手臂，脚在水里跳来跳去。

    “没关系，里克，”朱迪斯姑姑说，“明年再来。”

    但是我决心不让她等到下一年，再说我也担心明年朱迪斯姑姑会忘了我们打赌的事。从德文郡开车回家要12个小时。出发那天，我们很早起身，把行李装上车，早早地启程了。乡间的道路很窄，汽车一辆接一辆，慢吞吞地往前开。车里又挤又闷，大家想快点儿到家。但是，这时我看到了一条河。

    “爸爸，停下车好吗？”我说。这条河是我最后的机会，我坚信自己能赢到朱迪斯姑姑的10先令。“请停车！”我大叫起来。爸爸从倒车镜里看了看我，减慢速度，把车停在了路边的草地上。

    我们一个个从车上下来后，温迪姑姑问：“出了什么事？”

    “里克看见一条河，”妈妈说，“他想再试一次游泳。”

    “可我们不是要抓紧时间赶路吗？”温迪姑姑抱怨说，“我们还有很长一段路程呢！”

    “温迪，给小家伙一次机会嘛！”朱迪斯姑姑说，“反正输的也是我的10先令。”

    我脱下衣服，穿着短裤往河边跑去。我不敢停步，怕大人们改变主意。但离水越近，我越没信心，等我跑到河边时，自己也害怕了。河面上水流很急，发出很大的声响，河中央一团团泡沫迅速向下游奔去。我在灌木丛中找到一处被牛踏出的缺口，趟水走到较深的地方。爸爸、妈妈、妹妹琳蒂、朱迪斯姑姑、温迪姑姑和乔姑父都站在岸边看着我的表演。女士们身着法兰绒衣裙，绅士们穿着休闲夹克，打着领带。爸爸叼着他的烟斗，看上去毫不担心。妈妈一如（jì）往地向我投来鼓励的目光。

    我定下神来，迎着水流，一个猛子扎了下去。但是好景不长，我感到自己在迅速下沉。我的腿在水里无用地乱蹬，急流把我冲向相反的方向。我无法呼吸，呛了几口水。我想把头探出水面，但四周一片空虚，没有借力的地方。我又踢又扭，然而毫无进展。

    就在这时，我踩到了一块石头，用力一蹬，总算浮出了水面。我深吸了一口气，这口气让我镇定下来，我一定要赢那10先令。

    我慢慢地蹬腿，双臂划水，突然我发现自己正游过河面。我仍然忽上忽下，姿势完全不对，但我成功了，我能游泳了！我不顾湍急的水流，骄傲地游到河中央。透过流水的怒吼声，我似乎听见大家拍手欢呼的声音。等我终于游回岸边，在50米以外的地方爬上岸时，我看到朱迪斯姑姑正在大手提袋里找她的钱包。我拨开带刺的荨麻，向他们跑去。我也许很冷，也许浑身是泥，也许被荨麻刺得遍体鳞伤，但我学会游泳了。

    “给你，里克，”朱迪斯姑姑说，“干得好。”我看着手里的10先令，棕色的纸币又大又新。我从未见过这么多钱，这可是一笔巨款。

    爸爸紧紧地拥抱了我，然后说：“好了，各位，我们上路吧！”直到这个时候，我才发现爸爸浑身湿透，水珠正不断地从他的衣角上滴下来。原来他一直跟在我身后游。

（选文有改动）

赵普

    普少习吏事，寡学术，及为相，太祖常劝以读书。晚年手不释卷，每归私第，阖户启箧取书，读之竟日。及次日临政，处决如流。既薨，家人发箧视之，则《论语》二十篇也。

    普性深沉有岸谷，虽多忌克，而能以天下事为己任。宋初，在相位者多龌龊循默，普刚毅果断，未有其比。尝奏荐某人为某官，太祖不用。普明日复奏其人，亦不用。明日，普又以其人奏，太祖怒，碎裂奏牍掷地，普颜色不变，跪而拾之以归。他日补缀旧纸，复奏如初。太祖乃悟，卒用其人。

5G会改变什么

    ①你或许已经对手机网络的周期性升级司空见惯。2G网络诞生于1991年，随后在2001年被3G网络取代，2009年，4G网络又把3G抛在了身后。现在，我们又听到了5G网络的脚步声。

    ②但是相比以前的更新换代，5G网络是一次更大的飞跃。事实上，高通在其网站上宣称其“革命意义可比汽车和电力”。

    ③显然，5G网络会比4G快得多——在实际应用中，一部5G手机配合上5G网络环境，网速可达4G的9—20倍。而5G网络下的延迟（在开始高速数据传输前的迟滞时间）也只有4G的1/10。5G的到来也意味着流量的巨大提升——到时候，几乎所有的手机套餐都会提供廉价而且真正不限量的网络流量。“这将带来非常巨大的影响，”高通5G市场主管谢里夫·汉纳（Sherif Hanna）说道。

    ④举例来说，即使没有WiFi无线网络，手机应用也不再需要降低视频或图片的分辨率。事实上，你很可能会更倾向于利用手机网络来下载，因为5G的速度将会比WiFi更快。更进一步地说，我们的手机也会比以往更加强大。今天的手机处理器会受到散热和电池容量的限制。但是想象一下，如汉纳所说，如果你的手机通过5G网络与更强大的计算机相连接，“处理都会在远程完成，但是由于网络速度足够快，就好像是为你手中的手机增加了一个额外的处理器一样。”

    ⑤另一个巨大的变化在于：5G不仅仅是为手机设计的。它体现的是一个网络无处不在的新世界，无论是电子设备、工业机器，还是农用机械甚至汽车，都会接入网络。举例来说，5G协议允许一些数据插队，在其他数据之前进行传输。也就是说，在2023年，当两辆自动驾驶汽车需要通信以避免碰撞时，它们的数据可获得比你正在线观看的《星球大战25》更高的优先级。

    ⑥但也不是所有人都会因5G而兴奋不已。这一新标准之所以能够提升速度，一方面需要更高效地利用现有的网络频段，另一方面也需要占用毫米波频段。这一宽广的无线电频段目前并没有得到有效利用——这是因为毫米波“极难使用，非常复杂，非常棘手。”汉纳说。

⑦这个频段的频率要比现有的手机网络频段高得多（你的WiFi无线网络使用的是2.4G或5.8G频段，而毫米波使用的是24G以上的频段）。这意味着它能提供前所未有的速度——但也要接受覆盖范围的损失。毫米波基站只有150米的覆盖范围，这也就是说网络服务商不仅需要升级现有的收发设备（小型基站），它们还需要安装更多的基站。

    ⑧因此，只有那些人口密集的大城市，例如纽约、旧金山和北京才能充分享受毫米波支持下5G带来的超高速快感。一旦到了荒郊野外，5G就只能提供9倍的速度提升。

    ⑨需要安装更多基站，也就意味着我们会在灯柱上看到更多的方盒子，在电线杆上看到更多的线缆，在其他各种地方看到更多不那么赏心悦目的工业形象。这也意味着更多的法律诉讼、罚款以及无线通信服务商和居民之间的纠纷。

    ⑩但是5G这列快车已经无法减速。到今年底，美国的主要网络服务商就将在一些城市部署5G网络，而第一台5G手机将会在2019年初上市。“我想大多数人并不知道5G原本是为2020年准备的，而我们现在谈的是今年年底。”汉纳说，“我们正在争分夺秒地工作，坦白说，这真的非常辛苦。”

（选自《环球科学》2018年11月号  总第155期 有删改）

【一】成长

他叫小洲，是我的学生！三岁时，父母车祸不幸去世，从小跟着奶奶叔叔过，个子很矮，浓浓 的乡音总会引来课堂的一阵笑声。七年级入学的第一次检测，72 人的班级，他考了 67 名。

在这样一所镇上的普通中学，如此刺眼的成绩不仅刺痛了他，也刺痛了他的家长。

那天，他的叔叔找到我：“杨老师，小洲的学习情况你知道的，他今天跟我说不想念了，他说这成绩，考高中没戏的，还不如现在去打工！您看？”

中午快放学的时候，我让小洲到我家吃饭，他虽极不情愿，但拗不过我。饭间无话，上学时间 还早，我让他陪我去家附近的公园走走。

“才第一次考试，怎么就放弃了？”

“老师，我不行……”

“什么不行，才刚开始，还没努力，就要放弃？”我打断了他的话。

“老师，我叔叔说我成绩不行，上学就是浪费时间。这次我都是倒数了……”

“不，很多同学都提前学过英语，你是零基础！你这次主要不就差在英语上吗？别放弃，坚持下去，我觉得你肯定行！”

“老师，我不能再给叔叔增加负担了，如果我成绩好，以后还有可能考高中、考大学，可是，

现在的我这样差，我还有一个弟弟一个妹妹。他们读书都比我好……”他沉默了。穷人的孩子早当家，小洲很懂事，他想辍学打工，赚钱补贴家里的意图很明显。

我长叹一口气，说：“你看那边的两棵树！你觉得谁能长得更高？”

不远处的两棵树，一棵长在土坡上，迎接阳光，采食雨露，得天独厚。而另一棵似乎不走运，

长在了土坡背阴面的坡脚处。

“当然是在坡上的那棵。”“为什么？”“因为它没有遮挡啊，底下那棵树的阳光都被坡上那棵树挡了。”

“那好，我问你，啥时候底下那棵树的个子才能超过坡上的这棵树？” “不可能吧，老师！除非坡上的这棵树不再遮挡这棵树的阳光。”

“其实，能宣判坡底那棵树无法超越坡上那棵树的方法只有一种！”。

“啥方法？”

“自己停止生长！”看他若有所思，我接着说。“只要自己不放弃生长，就永远有超越的希望。就如现在的你，一样！”

那天之后，小洲不再谈辍学，相反，非常努力。到八年级，他的成绩能稳定在 35 名左右，但，或许他缺了点方法。或许，英语是他无法逾越的鸿沟，直到九年级，他依然无法突破 30 的关卡！庆幸的是，中考过后，他考入了一所市示范高中。

时如云烟，再见小洲已是三年后的暑假。记得那天中午已快到饭点，天特别热，蝉也叫得特别欢。

“杨老师！”一个高高瘦瘦的少年突然间就出现在我面前

“哈，小洲，都这么高了，记得那时候你……”我用手做了个比划。

我们俩都笑了。突然，我想起来了，“对了，你今年高考。说，是不是向老师报喜来了？”我开心地问他。他的眼神暗淡下来，良久，才说：“老师，我落榜了。二本差几分。”

“哦，没关系。三本好好努力，争取考研。”

“老师，我……”他欲言又止。

我突然想起他家的情况，以他的心气，大专不愿去，八成这孩子会因为三本高昂的学费而放弃读书。

“走，咱师徒出去搓一顿。”三年不见，这孩子开朗许多，我们一路说着闲话，不经意间，走到了那个公园，又看到了那两棵树。“老师，你看，不服气也没办法，坡底的那棵树，再怎么努力，还是没能超过坡上的那棵呢！是不是该承认失败，放弃努力了。”他的语气让我一惊，这孩子今天来是不是又要告诉我不想上学了。

顺着他的眼光看去，坡上的那棵树长势确实比坡下的那棵要好。

“不，小洲，你错了！”我想起了什么。“可坡底的树确实没超过坡上的啊。”小洲疑惑地看着我。

“可是，他依然保留着希望！”“嗯？”“没发现吗？经过这几年的努力，它长大了，个头已经超过这个坡很多了！”

我们一起看着坡底的那棵树，每一根枝条都直指天空，每一片叶子都昂扬向上，努力地争取多一点的阳光。尽管它依然没有超越坡上的那棵，可是，它确实长高不少！

“只要自己不停止生长，希望就永远存在。”我意味深长地说道。

“老师，我想去复读！我不想放弃我的希望！”小洲做了决定！

“加油，你一定行！”

另一个夏天，喜报传来，小洲考入安徽农业大学！安徽的一所一本院校！

十年坡底起云木，静心守得花终开！