从算盘到量子计算机

霜晨

从算盘到量子计算机

       算盘作为中国人特有的计算工具，这在许多家庭中都司空见惯的物件曾陪伴着中国人走过了数百年的时光，可以说是现代计算工具的雏形，甚或是鼻祖。
       中国的算盘结构简约，功能却不容小觑。除了能进行我们日常的加减乘除演算外，还能进行开平方，开立方演算。这种珠算方法是由明代商人程大位（1533一1606）首先提出来的。由于当时算盘普及，论述算盘的著作也随之产生，流行最久的珠算当属程大位于1593年所辑的《算法统宗》。
       这是一部以珠算应用为主的算书。全书共17卷，有595个应用题，多数问题摘自其他算书，但所有计算都改用珠算。书中载有算盘图式和珠算口诀，并举例说明如何按口诀在算盘上演算。
       程大位，南直隶徽州府休宁县率口(今黄山市屯溪)人。少年时，读书极为广博，对书法和数学颇感兴趣，一生没有做过官。20岁起便在长江中﹑下游一带经商。因商业计算的需要，他随时留心数学，遍访名师，搜集很多数学书籍，刻苦钻研，时有心得。约40岁时回家，专心研究，参考各家学说，加上自己的见解，于60岁时完成其杰作《直指算法统宗》(简称《算法统宗》)。诚如英国李约瑟所说：“在明代数学家当中，最引人注目的是程大位”，“在程大位《直指算法统宗》以前，没有任何关于近代珠算算盘的完整叙述”，故程大位不愧为集成计算之鼻祖。
       这也证明了一个道理，当社会实践需要的时候，一种新的生产方式或工具就会应运而生。这与瓦特发明蒸汽机、贝尔发明电话、爱迪生发明电灯……同理。
       随着科技的飞速发展，今天的人们已基本不用算盘了。以前从小学开始即学珠算，小朋友上学时肩上背着的是书包加算盘之情形早已不再，可如今的小朋友或许已不知算盘为何物了。然而算盘所建立的功绩却是不可磨灭的。
       小时候随大人们去镇上粮站交公粮或卖余粮。从结算窗口里传出持续不断的噼噼啪啪声直如打机关枪似的，既飞快发出又清脆响亮，听得人不由热血沸腾、兴致高昂。我清晰地记得当时一个排在队伍中的合作社女社员不无艳羡地对同伴说：现在人民政府这帐算的是乒乓呱拉清（准确无误之意）。
       即便是现代科技发展中，在我们国家也离不开算盘的身影。五十年代末六十年代初，中国的科学家及工程技术人员硬是用算盘、计算尺、手摇计算器等简陋工具，计算出了导弹、原子弹、人造卫星研制中所需的准确数据，并糾正了时已撤离中国的援华苏联专家留下的相关数据。而在那物资极端匮乏且极为寒冷的戈壁冬夜里，能吃上几个热乎乎的烀山芋成了他们填补辘辘饥肠之美好享受与热切期望。
       那时银行的帐也因准确无误而颇受客户信赖，故有铁帐、铁柜、铁算盘之“三铁”之誉。直到八九十年代，算盘才逐渐淡出人们的视野。
       如今在先人打下的基础上，中国的超级计算机一一神威.太湖之光实现了数量级的突破。这是全球第一台运行速度超过10亿亿次/秒的超级计算机，峰值性能高达12.54亿亿次/秒，持续性能达到9.3亿亿次/秒，接近“天河二号”的3倍。“神威·太湖之光”一分钟的计算能力相当于全球72亿人同时用计算器不间断计算32年。
       如今中国人的视野早已瞄向了未来。
       2020年12月4日，中国科学技术大学宣布该校潘建伟院士团队成功构建76个光子的量子计算原型机“九章”。同日，国际学术期刊《科学》发表了该成果，这是“一个最先进的实验”“一个重大成就”，审稿人如是评价。这一突破使我国成为全球第二个实现“量子优越性”的国家。所谓“量子优越性”，即对于特定任务，量子计算机可以解决，而现存的任何经典计算机运用任何已知算法，都不能在一个可接受的时间内完成。
       “九章”对于处理高斯玻色取样的速度比超级计算机“富岳”快100万亿倍，也就是说，当求解5000万个样本的高斯玻色取样时，“九章”需200秒，而截至2020年，世界最快的超级计算机“富岳”需6亿年。同时，“九章”克服了谷歌超导量子比特计算机“悬铃木”的一个漏洞。
       “在费曼提出量子计算的概念近40年后，‘九章’在实验上严格地证明了量子计算的加速能力，把梦想变成了现实。”潘建伟团队成员、中国科学技术大学教授陆朝阳说，和原子、离子、超导电路等类型的量子计算机相比，光量子计算可在室温下、空气中运行，能克服量子噪声极限，结构亦相对比较简单。“‘九章’使得我国第一次进入国际量子计算第一方阵。”
       这从一个方面体现了中国速度，彰显了中国人自强不息的意志和进取不懈的精神。
       当然，社会的发展是前后密切相关的。当我们在赞叹量子计算机的超大能力时总也能想到算盘曾为此扎下的深厚根基，正如牛顿所说：他是站在巨人的肩膀上（意为成就了他）。
       不过，随着时代的进步，人们对世界的认识也会不断深化。因社会实践的需要，未来会有更新的计算工具为人类服务。因为实践无止境，认识也无止境，人们每增加一份新的正确认识都是在真理的长河中增加了新的颗粒，从而推动着真理不断向前发展。