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2023年05月17日
【光明日报】从珠算到量子计算,中国续写计算辉煌

“九章二号”量子计算原型机。中国科学技术大学供图

汪素秋在为大位小学学生上珠算课。 王珊摄/光明图片

扫码看视频 探寻“中国计算”古今奥秘

【这些文化遗存现今的模样㊼】

上点年纪的中国人,少有没拨过算盘的。

它是中国古代的一项重要发明,在阿拉伯数字出现之前曾被人们广为使用的一种计算工具。人们往往把算盘的发明与中国古代四大发明相提并论,认为算盘也是中华民族对人类的一大贡献。诺贝尔经济学奖得主、“欧元之父”罗伯特·蒙代尔曾评价:“珠算是改变欧美国家数学基础教育的一个突破点!”

小小算盘,缘何这般神奇?安徽省黄山市珠算心算协会会长汪素秋的介绍颇为专业:“是因为它的算法原理。人类社会早期算力有限,古罗马只有7个数字符号,古巴比伦和古玛雅分别采用20位制和60位制,计数困难,运算烦琐。珠算,采用的是中国古人发明的‘五升十进制’,计数简便、运算快捷,拿过一把算盘,‘随手拨珠便成答案’。”

中国人又是何时开始使用算盘的呢?这一问题,至今仍众说纷纭。

清代数学家梅启照等人认为,算盘起源于我国的东汉、南北朝时期。其依据是,东汉数学家徐岳曾写过一部《数术记遗》,其中著录了14种算法,第13种即称“珠算”,并说:“珠算,控带四时,经纬三才。”

宋元时期,随着商业兴盛,算盘广泛使用。北宋张择端的《清明上河图》中,“赵太丞家”药店柜台上就放着一把算盘。宋末元初诗人刘因特别以《算盘》为题赋五言绝句:“不作翁商舞,休停饼氏歌。执筹仍蔽簏,辛苦欲如何。”15世纪,珠算流入日本、朝鲜及东南亚各国,对世界数学发展产生重要影响。

“算盘被联合国教科文组织评价为‘世界上最古老的计算机’。在2007年英国《独立报》评选的‘改变世界的101项小发明’中,中国算盘位居第一!珠算对左右脑开发特别有帮助,在珠算基础上进行心算,还能锻炼记忆力。”汪素秋邀请记者到她任教的黄山市屯溪区大位小学实地一看。

一进教学楼,耳畔便传来“大珠小珠落玉盘”的悦耳声——这是珠算传习班在上课。

推开门,几十个六七岁的孩子,人手一把木框算盘,用小手灵巧地拨动着算珠,口里念着口诀:“一上一,二上二,三下五除二,四去六进一……”

“怎么样,来场比赛如何?你们用计算器,孩子们用珠心算。”汪素秋发出“挑战”。

考题随机给出:“665+223-675+566-253。”话音刚落,学生们异口同声:“526!”而此时,我们按动计算器的手还没停,只能当场认输。

“大位小学”的名字,是为了纪念古代珠算的集大成者程大位。汪素秋的另一身份,是国家级非物质文化遗产珠算(程大位珠算法)的代表性传承人。

学校不远处一座旧式民居,便是程大位故居。故居展陈,讲述了这位明代“珠算宗师”的传奇——

1533年出生的程大位天资聪颖,年轻时遍访名师,搜集古今算书。40岁后,潜心研究珠算算法,孜孜矻矻二十年,著成《新编直指算法统宗》,详述珠算规则,完善算盘用法、珠算口诀,还集纳了古代流传的近600道数学难题及解题方法。

“书中多用歌诀出题,简明有趣,让艰涩难懂的算书一跃成为畅销书,‘一时纸价腾贵,坊间市利,竞相翻刻’。”故居讲解员程雪梅娓娓道来,“当时,‘海内握算持筹之士,莫不家藏一编,若业制举者之于四子书、五经义,翕然奉以为宗。’”

时代在进步,“珠算”的后人们,在继承、发扬计算方面自然不甘落后。新中国成立后,珠算在我国经济社会发展中屡立奇功。诸多“大国重器”的起步阶段,都曾靠珠算助力。

上世纪50年代,我国着手原子弹研制。当时国内只有手摇计算机和两台104型计算机,很多数据无法及时计算,迟滞了整个研制进程。为此,科学家们横下一条心:“就算用算盘打,也要把原子弹打出来!”于是,一把把算盘、一柄柄计算尺,成为计算机运算的重要补充。

“珠算不仅是一项古老技能,更蕴藏着中国特有的计算智慧,反映出中国人对精度、速度的追求。如今,‘中国计算’的魅力仍生生不息!用珠算改变世界的中国人,今天正一步步走向超级计算的星辰大海。”汪素秋说。

上世纪70年代,世界超级计算机问世,在中长期天气预报、基因分析、航空航天、核爆模拟等领域大显身手。面对西方国家技术封锁,我国于1978年启动相关研制工程。经过研发团队不断攻关,实现关键技术突破,1983年底,我国首台亿次超级计算机“银河-Ⅰ”研制成功,使我国成为当时世界上少数几个能独立设计和制造超级计算机的国家。

进入21世纪,“天河”“神威”等超级计算机,更多次在超算大赛上夺得桂冠。

2020年12月,我国在计算领域再获重大突破。中科院院士、中国科学技术大学教授潘建伟等人,成功构建76个光子的量子计算原型机,取名“九章”,以纪念中国古代数学专著《九章算术》。

在合肥微尺度物质科学国家研究中心,我们见到了这个“宝贝”——实验桌上,两个通过光纤连接起来的长3米宽1.5米的不起眼“盒子”,里面密布光学元器件。

“一个用来产生光源,另一个进行干涉,把光信号变成电信号,再引到隔壁的探测器进行分析。”中科大博士钟翰森介绍。

“九章”使我国成为全球第二个实现“量子优越性”的国家。

有多“优越”?潘建伟介绍:“比如,‘九章’处理高斯玻色取样的速度比当时世界最快的超级计算机‘富岳’还快100万亿倍!也就是说,2020年,求解5000万个样本的高斯玻色取样时,‘富岳’需6亿年,而‘九章’只需200秒!”

发表这一重大科研成果的《科学》杂志审稿人评价:这是“一个最先进的实验”;美国麻省理工学院教授德克·英格伦认为,这是“一个划时代的成果”。

“量子计算机在原理上具有超快的并行计算能力,可望通过特定算法在密码破译、大数据优化、材料设计、药物分析等领域,提供比传统计算机更强的算力支持。”潘建伟说。

“九章”构建后不到一年,升级版“九章二号”再次刷新国际光量子操纵的技术水平,其处理特定问题比目前全球最快的超级计算机快亿亿亿倍!

“世间六艺任纷纷,算乃人之根本。知书不知算法,如临暗室昏昏。”在《新编直指算法统宗》前言中,程大位曾这样畅言计算的意义。

从珠算到超算,再到量子计算,“中国计算”的辉煌仍在继续!

(本报记者 马姗姗 常河)



光明日报 2023-05-17

https://epaper.gmw.cn/gmrb/html/2023-05/17/nw.D110000gmrb_20230517_4-01.htm


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