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張潘? 受訪者供圖初見張潘，他身著白色短袖、淺藍色牛仔褲，背著黑色雙肩包，“80后”的松弛感撲面而來。張潘是中國科學院理論物理研究所（以下簡稱理論物理所）研究員。簡單、隨性，是他的生活態(tài)度，也是對待科學研究的態(tài)度。張潘從事的統(tǒng)計物理研究，要從各種紛繁復雜的系統(tǒng)中找到最本質(zhì)的規(guī)律，而他要做的就是“化繁為簡”，這剛好與他的性格契合。2021年，張潘與學生潘峰和陳珂旸提出新方法，在國際上首次對谷歌“懸鈴木”量子計算機進行經(jīng)典模擬，并表明計算時間可由1萬年縮短至數(shù)十秒。而這個方法就是復雜量子系統(tǒng)“化繁為簡”的工具。該成果曾被認為“瓦解了谷歌量子霸權(quán)”，獲得廣泛認可，張潘也因此獲得了多項國內(nèi)外榮譽，受邀到各地作報告。喧囂之后，回到辦公室的張潘又沉浸到物理世界中，思考、伏案敲打代碼、與學生熱烈討論……挑戰(zhàn)谷歌量子霸權(quán)2019年，谷歌宣稱實現(xiàn)了“量子霸權(quán)”，即在一個特殊的計算問題中展示了量子計算機具有超越所有經(jīng)典計算機的能力。谷歌2019年在《自然》發(fā)表的一篇論文中提出，一臺具有53個量子比特的“懸鈴木”量子計算機只用200秒就能完成“隨機量子線路采樣”問題，而當時排名世界第一的Summit超級計算機需要計算1萬年才能解決這個問題。這個在量子計算領(lǐng)域非常受關(guān)注的“量子優(yōu)越性”問題，在谷歌之前從未實現(xiàn)過。因此“懸鈴木”量子計算機迅速引發(fā)全球關(guān)注。興奮之余，不少科學家思考：“懸鈴木”量子計算機真的可以完成經(jīng)典計算完成不了的任務(wù)嗎？于是，不同國家和領(lǐng)域的科學家對此發(fā)起了挑戰(zhàn)。然而，在隨機量子線路采樣問題上，科學家提出的各種方案即使利用超算，計算時間也遠超“懸鈴木”量子計算機?！坝袥]有更好的算法幫助經(jīng)典計算機勝過“懸鈴木”量子計算機？”這是張潘腦中一直思考的問題，因為目前還沒有任何證據(jù)證明更好的算法不存在。張潘與潘峰、陳珂旸提出了一個創(chuàng)新方法——稀疏態(tài)張量網(wǎng)絡(luò)方法。它可以讓上述隨機量子線路采樣問題在經(jīng)典計算機上的計算效率比已有算法高出多個數(shù)量級，將超算的模擬計算時間由1萬年縮短至數(shù)十秒，可以比“懸鈴木”量子計算機算得更快，而且能獲得更高保真度，從而真正解決隨機量子線路采樣問題。能在眾多挑戰(zhàn)者中勝出，歸功于張潘多年來在張量網(wǎng)絡(luò)方法上的探索和積累?！皬埩烤W(wǎng)絡(luò)方法被認為是21世紀的高維線性代數(shù)，是一個具有普遍意義的計算方法，我們?yōu)榱税l(fā)掘張量網(wǎng)絡(luò)方法的潛力做了很多嘗試和努力，提出了新的方法，并嘗試將其應(yīng)用于統(tǒng)計物理、機器學習、量子計算等不同領(lǐng)域。”張潘說。在復雜中尋找普遍規(guī)律同《中國科學報》再次談到“懸鈴木”量子計算機，張潘說那些都是過去式了。業(yè)內(nèi)人士認為目前已經(jīng)跨過用隨機量子線路展示量子優(yōu)越性的階段，到了解決有實際意義的問題的時候了。張潘介紹，他的研究組目前在發(fā)展用張量網(wǎng)絡(luò)方法給量子計算機糾正錯誤，希望幫助量子計算機提高準確度，突破量子糾錯的門檻。在張潘眼里，用擊敗量子計算機的方法幫助量子計算機糾錯，是因為這些問題本質(zhì)上非常相似。無論是“懸鈴木”采樣問題、量子糾錯問題，還是物理中常見的水結(jié)冰相變問題、人工智能生成模型中對自然語言的建模，背后都有共同的科學難題——多變量聯(lián)合分布概率。“對于復雜的系統(tǒng)，人們可能意識不到其背后隱藏的概率空間究竟有多龐大?！睆埮伺e例道，比如在人工智能領(lǐng)域，讓ChatGPT寫出李白的《靜夜思》，其20個字的排列順序就有300020種可能。又如一杯水中水分子狀態(tài)的分布規(guī)律也是無窮盡的。“直接列舉所有的可能性是不可能的，我們需要做的是想方設(shè)法掌握這些高維概率空間中的結(jié)構(gòu)、技巧和規(guī)律，探索是否有增強有效計算能力的方法。而好的方法可以同時被用于解決不同問題?！睆埮苏f。無問西東?自由探索如今，張潘所關(guān)心的人工智能、量子計算等領(lǐng)域的競爭越來越激烈。但因為“簡單”的生活和工作模式，他幾乎沒有感到壓力，只關(guān)心解決問題的本質(zhì)困難是什么、用什么方法可以解決?！拔移谕当容^低，當時做不出來就放一放。其實大量想法和思路在實踐后發(fā)現(xiàn)做不出來，同一個思路行不通就過幾年再看，我不會有很大的挫敗感?！睆埮苏f。他常常在深夜或清晨靈光閃現(xiàn)，興奮地把想法拋到研究組微信群供大家“評判”；組會上他不會安排固定會議流程，而是鼓勵學生聚焦最感興趣的問題展開討論，有時一上午都意猶未盡。這種松弛感的養(yǎng)成，與張潘一直以來所處的環(huán)境有關(guān)。博士畢業(yè)后，張潘先后前往歐洲和美國的頂尖自旋玻璃理論研究組做科學研究，而后回到理論物理所。在他看來，這些科研機構(gòu)有一個共同特點，那就是不關(guān)心發(fā)表了多少論文，只關(guān)心如何讓一群富有熱情和進取心的學者享受具體的課題研究。無問西東，自由探索。多年來，張潘發(fā)表的論文、拿到的項目并不算多，但他爭取做到每個工作都“足夠有意思”。近些年，張潘越發(fā)覺得，能從學生身上學到很多。“我?guī)W生沒什么太好的經(jīng)驗，主要是學生比較優(yōu)秀，他們的自驅(qū)力很強?！睆埮苏f，通常學生就是合作者，他們積極探索新的問題，有自己的思考方式，在討論中會激發(fā)許多靈感。人工智能與量子計算正迅猛發(fā)展，猶如一股強勁的“東風”，為科研領(lǐng)域帶來了前所未有的機遇與挑戰(zhàn)。張潘為自己能借著這股“東風”做一些工作感到幸運。（原載于《中國科學報》?2024-10-09?第4版?綜合）