瑞士,日内瓦梅汉。
这里是欧洲核子研究中心的总部。地表之下100米,长达27公里的大型强子对撞机正在进行着人类最前沿的物理实验。
林远和李振声教授,在一间全屏蔽的会议室里,见到了发来警告邮件的科学家卡洛·鲁比亚。他是CERN计算部门的负责人,也是一位诺贝尔物理学奖得主。
“林先生,李教授。”鲁比亚没有寒暄,直接打开了全息投影。
屏幕上,是一团乱麻般的波形图。
“这是我们用你们提供的启明-I光子芯片原型,运行LHC粒子轨迹重建算法时的实时数据。”
“在低负载下,一切正常。计算速度是英伟达GPU的100倍,功耗只有1/10。”
“但是,”鲁比亚指着波形的尾端,那里出现了剧烈的抖动,“当我们将并发计算量提升到1000万次/秒时,灾难发生了。”
“计算结果开始发散。”
“1+1不再等于2。它可能等于2.001,也可能等于1.999。而且,随着级联计算的层数增加,这个误差被指数级放大。”
“在第50层神经网络计算后,输出的结果,已经变成了毫无意义的随机数。”
“为什么?”林远问。
“因为量子噪声。”
鲁比亚在白板上写下了一个公式:
ΔX?ΔP≥?/2ΔX?ΔP≥?/2
海森堡测不准原理。
“在光子计算中,我们用光的振幅和相位来携带信息。但是,光子具有量子特性。你不能同时精确地知道它的振幅和相位。”
“这就是散粒噪声。”
“对于传统的数字芯片,这点噪声不算什么,因为有阈值门控。但在你们的模拟计算架构里,噪声就是信号,信号就是噪声。”
“林先生,”鲁比亚看着林远,眼神悲悯,“你们试图用模拟信号去做高精度的AI训练,这在物理学上是走不通的。”
“这就是我说的量子炸弹。”
“当算力密度达到一定阈值,量子涨落会摧毁所有的逻辑。”
江州江南之芯集团,PFL实验室。
气氛比在瑞士时更加压抑。
CERN的警告被证实了。
汪韬带着团队,在刚刚下线的启明-II光子芯片上,跑了一遍盘古大模型的推理任务。
结果是毁灭性的。
“精度丢失。”汪韬看着屏幕上的乱码,脸色铁青。
“在半精度浮点数模式下,误差率达到了5%。这对于大模型来说,意味着模型会精神分裂,输出全是幻觉。”
“我们试图用软件算法ECC纠错码来修正。”王海冰补充道,“但是,模拟计算的错误是随机的,不仅有量子噪声,还有热噪声、激光器线宽漂移、波导刻蚀粗糙度……”
“为了纠正这些错误,我们消耗了50%的算力去跑纠错算法。”
“结果是光子芯片的速度优势,被纠错算法吃光了。”
这是一个死循环。
光子快,是因为它不做逻辑判断,直接物理流过。
一旦为了精度加上逻辑判断,它就变慢了。
如果不能解决精度问题,光子芯片只能做做简单的图像处理,永远无法承载工业大脑这种需要高可靠性的任务。
“必须在物理层面解决。”李振声教授看着显微镜下的芯片,“软件救不了硬件。”
“怎么解决?”林远问,“把温度降到绝对零度?消除热噪声?”
“不可能。商业芯片必须在室温下运行。”
“提高激光功率?提高信噪比?”
“也不行。铌酸锂晶体有光折变效应。功率太高,晶体折射率会变,光路就歪了。”
路,似乎堵死了。
物理学像一堵叹息之墙,挡在所有人面前。
就在团队一筹莫展时,一个意想不到的人出现了。
鲍里斯。
那个随同天然气贸易协议一起来到中国的,俄罗斯数学研究所的首席密码学家。一个头发蓬乱、永远拿着伏特加酒壶的数学疯子。
他推开了实验室的门,看着愁眉苦脸的众人,打了个酒嗝。
“你们在对抗海森堡?”
鲍里斯指着白板上的测不准原理公式,笑了。
“愚蠢。”
“你们为什么要想办法消除噪声?”
“为什么不挤压它?”
“挤压?”李振声愣了一下。
鲍里斯走到白板前,画了一个圆代表真空涨落的噪声圆。
“这是正常的量子噪声。在相位和振幅上是均匀分布的。”
然后,他用力把那个圆压扁,变成了一个椭圆。
“如果我们在一个方向上把噪声压扁,那么根据测不准原理,另一个方向上的噪声就会变大。”
“但是!”鲍里斯的眼中闪过一丝精光,“如果我们的信号只编码在振幅上,而不关心相位呢?”
“我们就可以获得超越标准量子极限的信噪比!”
“这就是压缩光技术。”
李振声猛地站了起来。
