从华夏崛起到星辰大海

山阳曹孟德

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第11章 算力的证明

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成功了。

那其貌不扬的芯片原型,正安静地运行在自制的低温测试座里,笔记本电脑屏幕上“系统就绪”的提示,像一枚烙印,灼烧着林枫的视网膜。

狂喜过后,一种更深的渴望攫住了他——他需要真正“感受”到这份力量,需要用无可辩驳的数据,来证明这跨越时代的算力并非虚幻。

他做的第一件事,是进行一系列基准测试,但并非市面上那些为经典计算机设计的程序。

他根据芯片的量子特性,连夜编写了几个简单的、却直指核心的验证程序。

测试一:量子随机数生成扩展。

他再次运行了随机数生成,但这一次,他要求生成1 TB 的完美随机数据流。

命令发出,笔记本电脑的硬盘指示灯疯狂闪烁。

系统资源监视器显示磁盘写入速度瞬间飙升至接口极限(约 600 MB/s),并且在短短 28分钟 内,一个1TB大小的文件便生成完毕。

林枫使用NIST统计测试套件进行验证,所有指标完美通过,随机性无可挑剔。这对于密码学、蒙特卡洛模拟等领域是梦寐以求的资源。

测试二:大规模线性方程组求解。

他构建了一个包含10,000个变量的稠密线性方程组。

在经典计算机上,即使使用迭代法并调用优化过的BLAS库,求解如此大规模的方程组也需要可观的时间。

林枫将问题转化为量子线路模拟,通过变分量子线性求解器(VQLS)的简化模型进行处理。

芯片运行了不到5秒,结果便已返回。与预设答案对比,相对误差低于 10^-12。

测试三:多体量子系统模拟。

他尝试模拟一个包含30个相互作用自旋 的伊辛模型在横向磁场下的时间演化。

这是一个随着粒子数增加,计算复杂度呈指数级爆炸的问题。

在经典计算机上,精确模拟30个自旋已经需要相当大的内存和计算时间。

林枫配置好参数,启动了模拟。

屏幕上,量子态随时间演化的复杂概率幅以前所未有的速度被计算出来,整个过程耗时 1.7秒。

他记得一篇论文中提到,在拥有数万个核心的顶级超算上,完成类似规模的精确模拟也需要数分钟。

初步测试的结果令人心惊。林枫深吸一口气,决定玩个大的。

他要挑战一个更接近现实世界、计算量也更为恐怖的难题——蛋白质折叠动力学模拟。

他选择了一个中等大小、约 200个氨基酸 残基的蛋白质(类似于溶菌酶),模拟其在生理环境下的微秒级折叠过程。

这在现代计算生物学中是一个巨大的挑战,因为涉及原子间相互作用(力场计算)、溶剂效应、以及跨越多个时间尺度的构象变化。

在经典计算机上,这种模拟通常需要依赖超级计算机集群,使用像GROMACS、NAMD这样的专业软件,运行微秒级别的模拟可能需要数周甚至数月。

林枫没有超级计算机,他只有一台旧笔记本电脑和那块深灰色的原型芯片。

他当然没有现成的量子算法能直接解决蛋白质折叠问题,但他想到了一个取巧的办法——利用量子芯片恐怖的并行处理能力和优化搜索能力。

他构思了一个方案:

1. 将蛋白质的构象空间(所有可能的原子空间位置组合)进行离散化和编码,映射到一个巨大的、高维的能量地貌图上。

2. 利用量子叠加态,同时探索能量地貌上的海量可能路径。

3. 设计一个混合量子-经典算法。

让量子芯片负责快速评估大量构象的能量和稳定性,而经典计算机部分负责根据量子芯片返回的结果,迭代调整搜索方向,逐步收敛到能量最低的稳定折叠结构。

这只是一个高度简化的模型,忽略了大量细节,但足以测试芯片在面对极端复杂问题时的潜力。

他花了几个小时,将想法转化为代码,定义了简化的力场参数,设定了模拟条件。

这是一个极其粗糙、在专业计算生物学家看来可能漏洞百出的模拟设置。

“开始吧。”林枫点击了运行按钮。

他预想中,即便有量子芯片辅助,这个粗糙的模拟也需要运行几个小时,甚至可能因为模型过于简化而得不到有意义的结果。

然而,就在他点击运行的瞬间,异变发生了!

他的旧笔记本电脑风扇发出了前所未有的、近乎撕裂的狂啸!CPU占用率瞬间飙升至100%,温度报警图标亮起!

屏幕甚至出现了轻微的闪烁和延迟——这不是量子芯片在计算,这是他的笔记本电脑作为“前台”和控制端,快要被海量的数据交互和处理请求冲垮了!

量子芯片与电脑之间的USB接口(尽管是3.0版本)成为了巨大的瓶颈。

芯片内部,那50个量子比特正在以经典计算机无法理解的方式,并行处理着天文数字般的可能性。

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