网易首页 > 网易号 > 正文 申请入驻

费曼想造的,不是一台更快的电脑

0
分享至


书接上回。昨日说到:

1981年,物理学家理查德·费曼在麻省理工学院参加一场关于计算与物理的会议。台下的人还没有在谈大模型,也没有把量子计算和破解密码绑在一起。费曼关心的是一个更基础的问题:经典计算机模拟量子世界,为什么会越来越吃力?


▲理查德·菲利普斯·费曼(英语:Richard Phillips Feynman,1918年5月11日—1988年2月15日)。来源:wikipedia

经典计算机用0和1记录状态。量子比特却可以让0和1对应的多种可能性共同参与演化。10个量子比特涉及1024种基本状态;增加到50个,描述整个系统所需的数字就超过一千万亿。粒子和相互作用再多一些,经典计算机光把完整状态写进内存都会遇到困难。


费曼换了一个角度。自然本来就按照量子规律运行,或许可以用一套可控的量子系统,直接模拟另一套量子系统。

这里的“模拟”指的不是在屏幕上画出粒子运动。研究者想知道材料中的电子怎样共同演化、分子在哪种状态下更稳定、一次测量可能得到什么结果。经典机器要用很长的一串数字近似这些量子状态,规模稍大,存储和计算量就会迅速膨胀。费曼想把这部分困难交还给物理本身。

四十五年后,AI训练把芯片、内存和电网推到紧张状态,“量子”也常被当成另一种算力来源。可量子计算的用法并不是把现有程序原样搬过去,再按下一个更快的开关。它能不能占便宜,要看问题本身有没有合适的结构。

数据要先进去,答案还得出来

普通处理器升级后,许多原有软件可以直接受益。量子计算需要为任务重新设计算法,让系统经过一系列操作后,有用的结果更容易在测量中出现。换一个问题,原来的捷径可能就不存在了。


▲“九章四号”量子计算原型机局部。来源:新华社

大模型训练首先会遇到数据入口。文本、图像和视频都以经典比特存储,量子算法要处理它们,必须先把数据编码进量子态。面对任意的大规模经典数据,目前没有一条已知的通用路线,能够绕过相应的读取和装载成本。有些量子机器学习方案看上去加速明显,前提是数据已经用适合量子算法调用的方式准备好了。

出口也有代价。量子系统一次测量只能交出有限的经典结果,测量还会改变原来的状态。算法要提前组织计算过程,让目标答案在多次测量中更容易显现。

这就像修了一段速度极高的道路。货物仍要在入口装车,抵达后也要卸货和清点;只比较路上跑了多久,会漏掉两端的成本。判断量子加速是否有用,也得把数据装载、量子计算和测量读取放在同一张账单里。

这并没有关上量子机器学习的大门。具有特殊结构的数据、模型中的某个子程序,或某些优化问题,仍可能受益。研究者也在尝试混合系统:经典计算机负责数据准备和大部分流程,只把合适的部分交给量子处理器。只是目前还看不到一条通用路线,能把以TB计的主流训练任务整体搬进量子计算机,由此解决数据中心的算力短缺。

一万亿次搜索,怎样降到一百万

量子比特可以让多种可能性共同参与计算,但测量不会一次交出整张答案表。量子算法必须利用叠加和干涉,把有用结果出现的概率推高。

Grover搜索算法给出了一个清楚的例子。面对N个没有结构的候选项,经典方法需要检查与N同一数量级的项目;Grover算法把查询量降到平方根N。候选项有一万亿个时,查询次数的数量级可以降到一百万。

这个差距已经很大,适用范围却很明确:Grover处理的是无结构搜索。排序、数据库读写、网页渲染和大模型训练各有自己的结构,不会因为换上一台量子处理器就自动提速。

1994年提出的秀尔(Shor)算法是另一个例子。它利用整数分解问题的数学结构,让足够大的容错量子计算机可以高效分解大整数。今天广泛使用的一部分公钥密码因此受到威胁,但这项优势和日常软件运行得快不快没有直接关系。

量子算法提供的是特定问题上的新路径。先找到路径,速度优势才有意义。

量子芯片旁边还有很多机器

算法合适,工程问题才刚开始。量子态很脆弱,环境噪声、控制偏差和测量误差都会破坏计算。为了得到一个能可靠工作的逻辑量子比特,研究者通常要让许多带噪声的物理比特共同保存信息,并持续检查错误。

纠错系统需要持续测量辅助比特,产生反映错误的综合征信号。经典电子设备必须及时读取和解码这些信号。不同硬件路线还依赖低温制冷、真空、激光控制等不同的外围系统。这些都由量子芯片之外的系统承担。

现实中的量子处理器更像整套计算系统里的专用部件。它可能在某个任务上显著减少步骤,运行它却依然需要经典计算和能源。更好的算法、专用芯片和量子处理器也可以同时存在,系统会把不同工作交给合适的器件。

这和Colossus的故事有一点相通。舒特用个人电脑在四十六秒内处理洛伦兹密文,靠的是更快的芯片,也靠后来写出的程序;Colossus则用专门设计的电路,在1940年代完成当时来不及手算的检验。计算能力从来不只取决于机器有多快,还取决于问题怎样被重新组织。

费曼最初关注的,是量子系统能否被有效模拟。今天研究者反复讨论的应用,包括材料中的电子、复杂分子的状态和化学反应的量子路径。这些对象本身就遵循量子规律,让量子系统去处理它们,机器和问题使用的是同一种物理语言。


▲“九章四号”相对目前最快超级计算机的加速比。来源:新华社

因此,当我们看到“量子计算比超级计算机快多少倍”时,不能只关注速度数字。它们完成了什么任务,允许多大误差,经典算法后来有没有追上,都会改变比较结果。一万年、两百秒、十四秒,还有十的四十二次方年,记录的不只是一批实验记录,也是一条不断移动的经典基准。

后续故事,请听明日分解。


特别声明:以上内容(如有图片或视频亦包括在内)为自媒体平台“网易号”用户上传并发布,本平台仅提供信息存储服务。

Notice: The content above (including the pictures and videos if any) is uploaded and posted by a user of NetEase Hao, which is a social media platform and only provides information storage services.

相关推荐
热点推荐
遗憾止步!北爱尔兰公开赛八强诞生六席,中国军团全员覆没,下轮对阵出炉

遗憾止步!北爱尔兰公开赛八强诞生六席,中国军团全员覆没,下轮对阵出炉

体坛最前线66
2026-10-23 06:36:52
苏提达离开日本,深蓝羊毛翻领外套机场告别,双重身份出访满分

苏提达离开日本,深蓝羊毛翻领外套机场告别,双重身份出访满分

春日在捕月
2026-10-23 02:13:57
各科老师骂人经典语录,你还记得吗?网友:我去买几个橘子,你就在此地,不要走动

各科老师骂人经典语录,你还记得吗?网友:我去买几个橘子,你就在此地,不要走动

解读热点事件
2026-10-20 00:05:15
梅新育:沙特斩首处决孟加拉人悲剧与海外中国公民权益保护

梅新育:沙特斩首处决孟加拉人悲剧与海外中国公民权益保护

梅新育
2026-10-21 22:25:37
网友们看出尊界事件的最核心问题了

网友们看出尊界事件的最核心问题了

清晖有墨
2026-10-21 10:15:13
东契奇28+8+7湖人击败勇士,凯斯勒12投全中比肩张伯伦库里23分

东契奇28+8+7湖人击败勇士,凯斯勒12投全中比肩张伯伦库里23分

湖人崛起
2026-10-22 12:41:23
大快人心!社保内部蛀虫被一锅端

大快人心!社保内部蛀虫被一锅端

白昼说故事
2026-10-22 09:56:19
50岁李小冉再发文,11年没孩子不是身体原因,同时回应5亿传闻

50岁李小冉再发文,11年没孩子不是身体原因,同时回应5亿传闻

倔强的毛驴
2026-10-21 16:33:49
伦敦最浮夸餐厅!装修7个亿,在众神脚下吃饭

伦敦最浮夸餐厅!装修7个亿,在众神脚下吃饭

英国那些事儿
2026-10-22 00:49:11
随着阿联酋2-1,中国3-3巴林,U17海湾杯积分榜:中国第1

随着阿联酋2-1,中国3-3巴林,U17海湾杯积分榜:中国第1

稗官青史
2026-10-23 04:48:41
张卫健回应与张茜户外乱丢烟头,晒照还原真相:花盆后面有烟灰缸

张卫健回应与张茜户外乱丢烟头,晒照还原真相:花盆后面有烟灰缸

小兔子的快乐
2026-10-22 15:24:27
日本部长访华参加APEC会议,站在中国领土上竟提要求放开稀土管制

日本部长访华参加APEC会议,站在中国领土上竟提要求放开稀土管制

今墨缘
2026-05-25 19:09:57
南京律师发声引争议,精日留学生父母身份成谜,身份越扒越离谱!

南京律师发声引争议,精日留学生父母身份成谜,身份越扒越离谱!

得得电影
2026-10-22 17:15:59
海南男子钓获稀有海鱼,鳞片晶莹发绿,像玉雕工艺品!网友:所以说龙一定存在

海南男子钓获稀有海鱼,鳞片晶莹发绿,像玉雕工艺品!网友:所以说龙一定存在

狸猫之一的动物圈
2026-10-21 09:04:47
商务部:1-9月全国吸收外资5488.1亿元人民币

商务部:1-9月全国吸收外资5488.1亿元人民币

界面新闻
2026-10-22 17:03:01
黄仁勋最新回应AI巨额债务风险:GPU能用8年以上、可作为贷款抵押品,英伟达正帮助云厂商降低融资成本

黄仁勋最新回应AI巨额债务风险:GPU能用8年以上、可作为贷款抵押品,英伟达正帮助云厂商降低融资成本

投资者内参
2026-10-22 19:36:16
白宫限Politico 48小时撤稿,否则"后果自负"

白宫限Politico 48小时撤稿,否则"后果自负"

像素与芯片
2026-10-22 06:06:11
成都地铁重大调整!

成都地铁重大调整!

黑哥讲现代史
2026-10-23 04:12:17
正式回归?杨鸣透露重磅消息,曾接近签约,辽宁广东潜在下家!

正式回归?杨鸣透露重磅消息,曾接近签约,辽宁广东潜在下家!

体坛卡卡说
2026-10-22 19:59:05
利拉德回归25+6开拓者轻取太阳,杨瀚森5分2板莫兰特14+8

利拉德回归25+6开拓者轻取太阳,杨瀚森5分2板莫兰特14+8

湖人崛起
2026-10-22 12:27:50
2026-10-23 07:36:49
墨子沙龙 incentive-icons
墨子沙龙
中科大上海研究院主办科普论坛
1112文章数 231关注度
往期回顾 全部

科技要闻

腾讯云谷歌紧急行动!互联网安全出大事

头条要闻

美国间谍被指要伪装成商人卧底中国 五角大楼急忙否认

头条要闻

美国间谍被指要伪装成商人卧底中国 五角大楼急忙否认

体育要闻

卢卡:伦德伯格,欢迎来到NBA

娱乐要闻

芭莎盛典,张小斐因救场实现口碑暴涨

财经要闻

宁德,跌成了一只红利股?

汽车要闻

搭城市NOA/续航555KM 捷达M6上市售7.98万起

态度原创

游戏
健康
时尚
本地
公开课

哈兰德自曝玩《使命召唤:现代战争4》时偏爱蹲点

痘痘能根治吗?皮肤科医生说实话

网红老头的荤话,售价16800

本地新闻

一场垂直登高赛跑出了"山城"的真正内核

公开课

李玫瑾:为什么性格比能力更重要?

无障碍浏览 进入关怀版