從珠算到超算再到量子計算 中國續(xù)寫“計算輝煌”-看點

“九章二號”量子計算原型機(jī)。中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)供圖

上點年紀(jì)的中國人，少有沒撥過算盤的。

(資料圖片)

它是中國古代的一項重要發(fā)明，在阿拉伯?dāng)?shù)字出現(xiàn)之前曾被人們廣為使用的一種計算工具。人們往往把算盤的發(fā)明與中國古代四大發(fā)明相提并論，認(rèn)為算盤也是中華民族對人類的一大貢獻(xiàn)。諾貝爾經(jīng)濟(jì)學(xué)獎得主、“歐元之父”羅伯特·蒙代爾曾評價：“珠算是改變歐美國家數(shù)學(xué)基礎(chǔ)教育的一個突破點！”

小小算盤，緣何這般神奇？安徽省黃山市珠算心算協(xié)會會長汪素秋的介紹頗為專業(yè)：“是因為它的算法原理。人類社會早期算力有限，古羅馬只有7個數(shù)字符號，古巴比倫和古瑪雅分別采用20位制和60位制，計數(shù)困難，運(yùn)算煩瑣。珠算，采用的是中國古人發(fā)明的‘五升十進(jìn)制’，計數(shù)簡便、運(yùn)算快捷，拿過一把算盤，‘隨手撥珠便成答案’。”

中國人又是何時開始使用算盤的呢？這一問題，至今仍眾說紛紜。

清代數(shù)學(xué)家梅啟照等人認(rèn)為，算盤起源于我國的東漢、南北朝時期。其依據(jù)是，東漢數(shù)學(xué)家徐岳曾寫過一部《數(shù)術(shù)記遺》，其中著錄了14種算法，第13種即稱“珠算”，并說：“珠算，控帶四時，經(jīng)緯三才。”

宋元時期，隨著商業(yè)興盛，算盤廣泛使用。北宋張擇端的《清明上河圖》中，“趙太丞家”藥店柜臺上就放著一把算盤。宋末元初詩人劉因特別以《算盤》為題賦五言絕句：“不作翁商舞，休停餅氏歌。執(zhí)籌仍蔽簏，辛苦欲如何。”15世紀(jì)，珠算流入日本、朝鮮及東南亞各國，對世界數(shù)學(xué)發(fā)展產(chǎn)生重要影響。

“算盤被聯(lián)合國教科文組織評價為‘世界上最古老的計算機(jī)’。在2007年英國《獨(dú)立報》評選的‘改變世界的101項小發(fā)明’中，中國算盤位居第一！珠算對左右腦開發(fā)特別有幫助，在珠算基礎(chǔ)上進(jìn)行心算，還能鍛煉記憶力。”汪素秋邀請記者到她任教的黃山市屯溪區(qū)大位小學(xué)實地一看。

一進(jìn)教學(xué)樓，耳畔便傳來“大珠小珠落玉盤”的悅耳聲——這是珠算傳習(xí)班在上課。

推開門，幾十個六七歲的孩子，人手一把木框算盤，用小手靈巧地?fù)軇又阒椋诶锬钪谠E：“一上一，二上二，三下五除二，四去六進(jìn)一……”

“怎么樣，來場比賽如何？你們用計算器，孩子們用珠心算。”汪素秋發(fā)出“挑戰(zhàn)”。

考題隨機(jī)給出：“665+223-675+566-253。”話音剛落，學(xué)生們異口同聲：“526！”而此時，我們按動計算器的手還沒停，只能當(dāng)場認(rèn)輸。

“大位小學(xué)”的名字，是為了紀(jì)念古代珠算的集大成者程大位。汪素秋的另一身份，是國家級非物質(zhì)文化遺產(chǎn)珠算（程大位珠算法）的代表性傳承人。

學(xué)校不遠(yuǎn)處一座舊式民居，便是程大位故居。故居展陳，講述了這位明代“珠算宗師”的傳奇——

1533年出生的程大位天資聰穎，年輕時遍訪名師，搜集古今算書。40歲后，潛心研究珠算算法，孜孜矻矻二十年，著成《新編直指算法統(tǒng)宗》，詳述珠算規(guī)則，完善算盤用法、珠算口訣，還集納了古代流傳的近600道數(shù)學(xué)難題及解題方法。

“書中多用歌訣出題，簡明有趣，讓艱澀難懂的算書一躍成為暢銷書，‘一時紙價騰貴，坊間市利，競相翻刻’。”故居講解員程雪梅娓娓道來，“當(dāng)時，‘海內(nèi)握算持籌之士，莫不家藏一編，若業(yè)制舉者之于四子書、五經(jīng)義，翕然奉以為宗。’”

時代在進(jìn)步，“珠算”的后人們，在繼承、發(fā)揚(yáng)計算方面自然不甘落后。新中國成立后，珠算在我國經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展中屢立奇功。諸多“大國重器”的起步階段，都曾靠珠算助力。

上世紀(jì)50年代，我國著手原子彈研制。當(dāng)時國內(nèi)只有手搖計算機(jī)和兩臺104型計算機(jī)，很多數(shù)據(jù)無法及時計算，遲滯了整個研制進(jìn)程。為此，科學(xué)家們橫下一條心：“就算用算盤打，也要把原子彈打出來！”于是，一把把算盤、一柄柄計算尺，成為計算機(jī)運(yùn)算的重要補(bǔ)充。

“珠算不僅是一項古老技能，更蘊(yùn)藏著中國特有的計算智慧，反映出中國人對精度、速度的追求。如今，‘中國計算’的魅力仍生生不息！用珠算改變世界的中國人，今天正一步步走向超級計算的星辰大海。”汪素秋說。

上世紀(jì)70年代，世界超級計算機(jī)問世，在中長期天氣預(yù)報、基因分析、航空航天、核爆模擬等領(lǐng)域大顯身手。面對西方國家技術(shù)封鎖，我國于1978年啟動相關(guān)研制工程。經(jīng)過研發(fā)團(tuán)隊不斷攻關(guān)，實現(xiàn)關(guān)鍵技術(shù)突破，1983年底，我國首臺億次超級計算機(jī)“銀河-Ⅰ”研制成功，使我國成為當(dāng)時世界上少數(shù)幾個能獨(dú)立設(shè)計和制造超級計算機(jī)的國家。

進(jìn)入21世紀(jì)，“天河”“神威”等超級計算機(jī)，更多次在超算大賽上奪得桂冠。

2020年12月，我國在計算領(lǐng)域再獲重大突破。中科院院士、中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授潘建偉等人，成功構(gòu)建76個光子的量子計算原型機(jī)，取名“九章”，以紀(jì)念中國古代數(shù)學(xué)專著《九章算術(shù)》。

在合肥微尺度物質(zhì)科學(xué)國家研究中心，我們見到了這個“寶貝”——實驗桌上，兩個通過光纖連接起來的長3米寬1.5米的不起眼“盒子”，里面密布光學(xué)元器件。

“一個用來產(chǎn)生光源，另一個進(jìn)行干涉，把光信號變成電信號，再引到隔壁的探測器進(jìn)行分析。”中科大博士鐘翰森介紹。

“九章”使我國成為全球第二個實現(xiàn)“量子優(yōu)越性”的國家。

有多“優(yōu)越”？潘建偉介紹：“比如，‘九章’處理高斯玻色取樣的速度比當(dāng)時世界最快的超級計算機(jī)‘富岳’還快100萬億倍！也就是說，2020年，求解5000萬個樣本的高斯玻色取樣時，‘富岳’需6億年，而‘九章’只需200秒！”

發(fā)表這一重大科研成果的《科學(xué)》雜志審稿人評價：這是“一個最先進(jìn)的實驗”；美國麻省理工學(xué)院教授德克·英格倫認(rèn)為，這是“一個劃時代的成果”。

“量子計算機(jī)在原理上具有超快的并行計算能力，可望通過特定算法在密碼破譯、大數(shù)據(jù)優(yōu)化、材料設(shè)計、藥物分析等領(lǐng)域，提供比傳統(tǒng)計算機(jī)更強(qiáng)的算力支持。”潘建偉說。

“九章”構(gòu)建后不到一年，升級版“九章二號”再次刷新國際光量子操縱的技術(shù)水平，其處理特定問題比目前全球最快的超級計算機(jī)快億億億倍！

“世間六藝任紛紛，算乃人之根本。知書不知算法，如臨暗室昏昏。”在《新編直指算法統(tǒng)宗》前言中，程大位曾這樣暢言計算的意義。

從珠算到超算，再到量子計算，“中國計算”的輝煌仍在繼續(xù)！

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