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燕京,量子计算机的项目组里,多了一位来自气象部门的专家寇勋。
这些天他一直处于震惊当中。
他死活想不到,有生之年居然会见到量子计算机。
不是媒体上吹的那种,是有了实物,而且在他可以理解的领域发挥了作用的那种。
在大领导的指示下,历年保存的气象数据被带了过来。
公开渠道,可以找得到的全球气象数据也被尽可能地搜集了起来。
然后,在气象部门现在用的天气预报预测算法,被编译成量子计算机的运算程序的同时,还有一组人运用人工智能不断迭代,在张庆平的帮助下准备优化算法。
第一波冲击到寇勋的,其实最直观,那就是运算速度。
天气预报这个活,在计算这个层面,是数值天气预报。
简单来说,在多年的研究过后,科学家们总结出了六个大气运动方程组。大气中的风场、气压场、密度场和温度场的时空变化都可以用这组方程加以描述。
而实际上,这些方程组,又都是理想化条件下的情况。
就像真空和非真空、光滑和有摩擦一样,要真去计算解析这些方程组,又需要参数化。
除了作为解析初始条件的气象观测数据,还要有解析尺度。
这个尺度,跟分辨率有那么一点像。
大气环境是想通的,所有变化都是有关联的。要去计算,那就先画格子吧。
首先,把从地表到大气顶层,分割成n层。
然后,在地表,也进行划分,一个格子长宽x公里。
这样子,就得到了,嗯,地表面积5.1亿平方公里除以x的平方,大概数百万个格子吧。数百万再乘以n,ok,这就是数千万上亿需要计算的格点吧。
然后,就看你是按10分钟,还是30分钟,还是更长的时间来算每一个格子里的数值变化。
如果是10分钟一算,要做10天的预报。嗯,那每个格子就要算1440次。
真实的例子,以每个格子长宽15公里的分辨率来计算,每天算两次,巨型超算也得两个小时,才能完成一次四百亿个格点柱里的大气运动方程组运算。然后,提供出来的数值变化,才作为依据由专业人员进行天气预报。
偏微分方程 浮点数计算 水平方向n个格点 垂直方向n层 时间步长限制 参数化方案 ……超算很累的……
计算还要考虑到时效性问题,今天刚刚算出来结果可是太阳已经下山了,黄花菜都凉了,谁看?
天气预报就是这么一个纠结的过程。可预报性的根源在于大气、陆面、植被、海冰和海面的相互作用等。而总有小尺度内不可预测的,跟“混沌”理论扯上边的因素。
目前,极限做到12公里的分辨率,就已经非常痛苦了,甚至被调侃计算的速度赶不上大气实际变化的速度。
像1公里分辨率下,比如小云团这种特殊因素带来的变化,都完全没办法列入计算量。
寇勋被惊得外焦里嫩的原因,在于量子计算机完成一次同等数量计算所用的时间。
17秒。
在带过来的数据中,保存有过去很多次超算计算的结果,用作对比。
寇勋在那里呆若木鸡,而张庆平、郭跃他们则嘀嘀咕咕地讨论着。
“哪里有问题,怎么会用这么久?”
“是不是纠错机制得专门针对这个模型做一下优化?”
“老张,你看看啊,是不是还有些问题,可以用更适宜量子计算的方式转化一下?”
“我觉得换一种思路,是不是把分辨率提高,用以互相映射的数据多了,反而会提高保真率一些?”
“总之这个时间肯定是有问题。100个量子比特啊!如果超算用时在2个小时左右,这边再怎么样也可以达到10秒以内吧?”
“走走走,分析一下数据,赶紧改改再算。”
拿着结果的寇勋一脸茫然。
17秒啊,你们为什么这么不爽?
我是谁,我在哪,发生了什么?