深中博士讲堂 | 马玉林:量子计算机前沿

2021-11-10

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114日下午,深中博士讲堂第十九期在承德楼B203顺利开讲,清华大学物理学博士毕业的马玉林老师为同学们带来了主题为“量子计算机的前沿”的精彩讲座。马老师凭着他的满腹经纶和幽默风趣的语言,在讲座结束后赢得了现场观众经久不息的掌声。

马玉林老师是清华大学物理学博士,高中毕业于湖南师大附中,2011年获全国中学生物理竞赛CPHO金牌,入选国家集训队,现任深圳中学物理竞赛主教练。

讲座伊始,马玉林老师就引用了四则与量子计算机有关的新闻切入话题。通过这四则与现实生活联系十分紧密的新闻,同学们对量子计算机有了初步的感知,带着这种初步印象,走进了量子世界。

马老师从以下五个方面展开了他的课题:

量子概念

经典计算机与量子计算机的对比

量子算法

量子计算机体系结构

量子计算机的进展

提及量子,便不得不从薛定谔的猫这一著名猜想谈起,马老师仅用一个滑雪道的实例便使这一抽象的假说具体化。马老师又介绍了爱因斯坦与玻尔两种不同的观点,通过一系列量子力学史上的小故事,激发同学们对量子产生浓厚的兴趣,这也为下面引入量子计算机做好了铺垫。

马老师随后通过生动形象的比喻,从汽车到飞机,从经典计算机到量子计算机,从运力到算力,自然引出量子计算机。同时,他亦将重要的量子计算并行原理——量子叠加态和量子纠缠介绍给同学们。

之后,马老师再次引用薛定谔的猫这一猜想,辅之以一个超人跑马拉松的恰当举例,说明了“量子计算机,就是在量子力学允许的范围内操纵量子比特”这一实质,使得这一抽象的概念易于接受与理解。根据逐步深入的原则,马老师又举了一个稍显复杂的例子,但在他清晰的讲解下,同学们很容易地掌握了量子计算机的原理。

接着,便是本次课题最核心的部分——量子算法。第一个是大数因子分解。马老师用一张表格直观展现了量子算法的优势——解决问题所用时间短。马老师的讲解生动有趣、深入浅出,同学们听得聚精会神、津津有味。

随后,马老师进入了“大数据搜索”的讲解,当漫画与量子相结合,又会产生怎样的火花呢?马老师借几张“寻找CEO工号”的小漫画,妙趣横生地解释了Grover的量子算法在“大数据搜索”中的实践,体现了其相对经典算法的优势。

然后,马老师谈到了任何一台机器的组织基础——体系结构。马老师通过在结构和程序语言两方面与传统计算机的对比,又简单地介绍了核磁共振体系等几种可用于量子计算的不同体系架构,使同学们对这一模块有了更深刻的印象。

最后一个部分就是“量子计算机的进展”。马老师展示了一张有关量子计算的发展图:从1927年刚提出不确定性原理,到2019年量子计算机走到了实用阶段,任何一项科学技术的发展成熟,都需要经历一段长时间的考验才得以服务社会,而它的发展也得益于全球的重视。接下来,马老师展示了几台现有的量子计算机。展示完毕,马老师便抛出了一个问题,人类从地上飞到天上,用了10万年的时间,那么从经典计算机到量子计算机又要多少年呢?

精彩的讲座激起了同学们强烈的好奇心和求知欲,马老师为留下来提问的同学耐心地答疑解惑。

马老师的讲座让我们对量子力学、物理学以及科学有了更加深刻的认识,激发我们为中华民族伟大复兴,构建人类命运共同体而奋斗。

 

深中博士讲堂:

深中博士讲堂是深圳中学的一门特色选修课,每周四下午第八九节举行。本学期邀请了十六位海内外名校毕业的博士,分享他们的专业知识和科研历程,为同学们打开一扇了解科技前沿动态和科学研究方法的窗户。同时,深中博士讲堂还为同学提供组织协调、活动主持、撰写推文等实践岗位。

本次深中博士讲堂由高一7班何果同学主持,高一7班林伯涛同学撰写推文,高一7班吴奕霖同学负责场内协助工作。感谢马玉林、汪苏杨、柳森等老师的指导。

 


深中博士讲堂 | 马玉林:量子计算机前沿

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