從珠算到超算再到量子計(jì)算 中國(guó)續(xù)寫“計(jì)算輝煌”
上點(diǎn)年紀(jì)的中國(guó)人,少有沒撥過算盤的。
它是中國(guó)古代的一項(xiàng)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(jì)算工具。人們往往把算盤的發(fā)明與中國(guó)古代四大發(fā)明相提并論,認(rèn)為算盤也是中華民族對(duì)人類的一大貢獻(xiàn)。諾貝爾經(jīng)濟(jì)學(xué)獎(jiǎng)得主、“歐元之父”羅伯特·蒙代爾曾評(píng)價(jià):“珠算是改變歐美國(guó)家數(shù)學(xué)基礎(chǔ)教育的一個(gè)突破點(diǎn)!”
小小算盤,緣何這般神奇?安徽省黃山市珠算心算協(xié)會(huì)會(huì)長(zhǎng)汪素秋的介紹頗為專業(yè):“是因?yàn)樗乃惴ㄔ?。人類社?huì)早期算力有限,古羅馬只有7個(gè)數(shù)字符號(hào),古巴比倫和古瑪雅分別采用20位制和60位制,計(jì)數(shù)困難,運(yùn)算煩瑣。珠算,采用的是中國(guó)古人發(fā)明的‘五升十進(jìn)制’,計(jì)數(shù)簡(jiǎn)便、運(yùn)算快捷,拿過一把算盤,‘隨手撥珠便成答案’?!?/p>
中國(guó)人又是何時(shí)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(guó)的東漢、南北朝時(shí)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(shí),經(jīng)緯三才。”
宋元時(shí)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(tái)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(guó),對(duì)世界數(shù)學(xué)發(fā)展產(chǎn)生重要影響。
“算盤被聯(lián)合國(guó)教科文組織評(píng)價(jià)為‘世界上最古老的計(jì)算機(jī)’。在2007年英國(guó)《獨(dú)立報(bào)》評(píng)選的‘改變世界的101項(xiàng)小發(fā)明’中,中國(guó)算盤位居第一!珠算對(duì)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?!蓖羲厍镅?qǐng)記者到她任教的黃山市屯溪區(qū)大位小學(xué)實(shí)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(gè)六七歲的孩子,人手一把木框算盤,用小手靈巧地?fù)軇?dòng)著算珠,口里念著口訣:“一上一,二上二,三下五除二,四去六進(jìn)一……”
“怎么樣,來場(chǎng)比賽如何?你們用計(jì)算器,孩子們用珠心算?!蓖羲厍锇l(fā)出“挑戰(zhàn)”。
考題隨機(jī)給出:“665+223-675+566-253?!痹捯魟偮?,學(xué)生們異口同聲:“526!”而此時(shí),我們按動(dòng)計(jì)算器的手還沒停,只能當(dāng)場(chǎng)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(guó)家級(jí)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(shí)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(jiǎn)明有趣,讓艱澀難懂的算書一躍成為暢銷書,‘一時(shí)紙價(jià)騰貴,坊間市利,競(jìng)相翻刻’?!惫示又v解員程雪梅娓娓道來,“當(dāng)時(shí),‘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?!?/p>
時(shí)代在進(jìn)步,“珠算”的后人們,在繼承、發(fā)揚(yáng)計(jì)算方面自然不甘落后。新中國(guó)成立后,珠算在我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展中屢立奇功。諸多“大國(guó)重器”的起步階段,都曾靠珠算助力。
上世紀(jì)50年代,我國(guó)著手原子彈研制。當(dāng)時(shí)國(guó)內(nèi)只有手搖計(jì)算機(jī)和兩臺(tái)104型計(jì)算機(jī),很多數(shù)據(jù)無法及時(shí)計(jì)算,遲滯了整個(gè)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(jì)算尺,成為計(jì)算機(jī)運(yùn)算的重要補(bǔ)充。
“珠算不僅是一項(xiàng)古老技能,更蘊(yùn)藏著中國(guó)特有的計(jì)算智慧,反映出中國(guó)人對(duì)精度、速度的追求。如今,‘中國(guó)計(jì)算’的魅力仍生生不息!用珠算改變世界的中國(guó)人,今天正一步步走向超級(jí)計(jì)算的星辰大海?!蓖羲厍镎f。
上世紀(jì)70年代,世界超級(jí)計(jì)算機(jī)問世,在中長(zhǎng)期天氣預(yù)報(bào)、基因分析、航空航天、核爆模擬等領(lǐng)域大顯身手。面對(duì)西方國(guó)家技術(shù)封鎖,我國(guó)于1978年啟動(dòng)相關(guān)研制工程。經(jīng)過研發(fā)團(tuán)隊(duì)不斷攻關(guān),實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵技術(shù)突破,1983年底,我國(guó)首臺(tái)億次超級(jí)計(jì)算機(jī)“銀河-Ⅰ”研制成功,使我國(guó)成為當(dāng)時(shí)世界上少數(shù)幾個(gè)能獨(dú)立設(shè)計(jì)和制造超級(jí)計(jì)算機(jī)的國(guó)家。
進(jìn)入21世紀(jì),“天河”“神威”等超級(jí)計(jì)算機(jī),更多次在超算大賽上奪得桂冠。
2020年12月,我國(guó)在計(jì)算領(lǐng)域再獲重大突破。中科院院士、中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授潘建偉等人,成功構(gòu)建76個(gè)光子的量子計(jì)算原型機(jī),取名“九章”,以紀(jì)念中國(guó)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(guó)家研究中心,我們見到了這個(gè)“寶貝”——實(shí)驗(yàn)桌上,兩個(gè)通過光纖連接起來的長(zhǎng)3米寬1.5米的不起眼“盒子”,里面密布光學(xué)元器件。
“一個(gè)用來產(chǎn)生光源,另一個(gè)進(jìn)行干涉,把光信號(hào)變成電信號(hào),再引到隔壁的探測(cè)器進(jìn)行分析?!敝锌拼蟛┦跨姾采榻B。
“九章”使我國(guó)成為全球第二個(gè)實(shí)現(xiàn)“量子優(yōu)越性”的國(guó)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(shí)世界最快的超級(jí)計(jì)算機(jī)‘富岳’還快100萬億倍!也就是說,2020年,求解5000萬個(gè)樣本的高斯玻色取樣時(shí),‘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(píng)價(jià):這是“一個(gè)最先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)”;美國(guó)麻省理工學(xué)院教授德克·英格倫認(rèn)為,這是“一個(gè)劃時(shí)代的成果”。
“量子計(jì)算機(jī)在原理上具有超快的并行計(jì)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(jì)、藥物分析等領(lǐng)域,提供比傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)更強(qiáng)的算力支持?!迸私▊フf。
“九章”構(gòu)建后不到一年,升級(jí)版“九章二號(hào)”再次刷新國(guó)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(jí)計(jì)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?!痹凇缎戮幹敝杆惴ńy(tǒng)宗》前言中,程大位曾這樣暢言計(jì)算的意義。
從珠算到超算,再到量子計(jì)算,“中國(guó)計(jì)算”的輝煌仍在繼續(xù)!
?。ū緢?bào)記者 馬姍姍 常河)
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