內存溢出。

這行冰冷的紅色字符,宣告了第一次嘗試的徹底失敗。

林允寧靠在椅背上,揉了揉乾澀的眼睛。

這不是代碼的bug。

這是物理世界的現實。

他構建的那個“信息流形”,其複雜程度遠超預期。

哪怕只是一個最簡單的“桌面黑洞”模型,所需要的計算資源,也已經超出了這臺IBMX40筆記本,甚至任何一臺單機服務器所能承受的極限。

“怎麼了?死機了?”

旁邊的布蘭登湊了過來,嘴裏還叼着一塊披薩。他現在已經習慣了林允寧這種廢寢忘食的工作模式。

“內存溢出。

林允寧言簡意賅。

“那換個大內存的電腦不就行了?”

布蘭登憑着樸素的直覺提議。

“恐怕這世界上,現在還沒有這麼大的內存………………”

林允寧搖了搖頭。

他知道,問題不在於總內存大小,而在於如何讓多臺計算機協同工作,去處理一個不可分割的整體。

他需要並行計算。

並行計算本身並不難,以前他和陳正平和顧念真也做過。

但拓撲信息流的建模是一個整體,如何將這個任務拆分成計算機能夠理解的部分分別計算,纔是真正的難點。

......

第二天。

在勞拉的撮合下,林允寧抱着自己的筆記本電腦,敲開了計算機科學系一位教授的辦公室大門。

丹尼爾?華萊士教授。

芝加哥大學並行計算領域的專家,一個典型的技術派學者。

他的辦公室裏堆滿了服務器和各種網絡設備,風扇的嗡鳴聲震耳欲聾。

“......所以,我的問題是,如何將一個高維的纖維叢結構,有效地分佈到不同的計算節點上?”

林允寧開門見山,直接在白板上畫出了那個複雜的幾何模型。

華萊士教授是個典型的計算機科學家,穿着印有“There's no place like 127.0.0.1”的T恤,聽得一頭霧水。

“等一下,林同學,”

他打斷了林允寧,“你說的這個“纖維叢’,在數據結構上怎麼表示?是鄰接矩陣,還是鄰接表?你的‘信息流,可以看作是一種圖上的遍歷算法嗎?比如廣度優先或者深度優先?”

林允寧愣住了。

他試圖解釋:“它不是一個靜態的圖,它的幾何結構本身,會隨着信息的流動而動態演化......”

“那就是一個動態圖的實時計算問題,”

華萊士教授立刻接話,“那你節點之間的數據依賴關係是什麼?通信開銷怎麼評估?有沒有做過性能剖析,找到計算瓶頸?”

二十分鐘後,林允寧走出了辦公室。

他意識到,他和華萊士教授之間,隔着一堵無法逾越的牆。

他眼中的物理世界,在對方眼裏,只是一堆數據結構和算法。

對方無法理解他的物理模型,自然也無法給出有效的解決方案。

他只能靠自己。

接下來的幾天,林允寧遊弋在戈登綜合科學中心三樓的會議室和宿舍之間。

他沒有再糾結於代碼,而是回到了最原始的工具??白板和筆。

他需要解決一個根本性的矛盾:

他的物理理論,是建立在一個連續的,無限維的幾何空間上;

而計算機的內存,是離散的,有限的,線性的地址空間。

他要把一個彎曲的宇宙,塞進一個方方正正的盒子裏。

布蘭登每天早上都會在宿舍門口,給他留一杯煮好的咖啡和一個硬麪包圈。

他偶爾回來取東西時,會看到林允寧對着白板發呆,嘴裏唸叨着“切片”、“投影”、“邊界條件”這些他聽不懂的詞。

他知道,自己的這位室友,又進入了那種“怪胎模式”。

這天晚上,林允寧看着白板上那張被自己畫得亂七八糟的信息流形圖,腦中靈光一閃。

他爲什麼要試圖把整個宇宙一次性塞進盒子裏?

他可以把它“切”開。

就像做CT掃描一樣,把一個三維的物體,切成幾千張二維的薄片,分別處理,最後再拼起來。

他拿起筆,在白板上飛快地寫下了一行新的標題:

“幾何分區並行算法”(Geometric Partitioning Parallelism)。

他的思路很簡單:既然整個信息流形太大,無法一次性載入內存,那他就用數學方法,把它在虛擬空間中“切割”成數千個互不重疊的小區域。

然後,利用MPI(消息傳遞接口)這種並行計算框架,將這些小區域分發給不同的計算節點,就像把一項大工程分包給幾千個施工隊。

每個施工隊只負責自己那一小塊區域的計算,算完之後,再通過MPI的“規約”(Reduce)操作,把所有局部結果彙總起來,拼接成最終的全局解。

這個想法,將一個物理學的幾何概念,和一個計算機科學的並行編程模型,完美地結合在了一起。

就在他推導這個全新算法的核心??

如何定義“切割”邊界上的信息交換規則時,他桌上的筆記本電腦,發出“叮”的一聲輕響。

是一封來自蘇黎世聯邦理工學院(ETH Zurich)的郵件。

發件人,是安雅?夏爾馬教授。

【林,你好。冒昧打擾。我是克勞斯?裏希特教授的同事,之前我們曾在視頻會議上見過。我們最近在實驗中遇到了一個棘手的難題,克勞斯建議我向你請教。】

郵件裏,夏爾馬教授詳細描述了她們遇到的問題。

她們的團隊正在構建一個基於超導量子比特的量子計算原型機,但在擴展到多個比特時,遇到了嚴重的“串擾”(Crosstalk)問題。

簡單來說,當她們試圖單獨操控某一個量子比特時,旁邊相鄰的幾個比特也會受到影響,導致計算結果一塌糊塗。

郵件附件裏,是一張她們測量到的,不同量子比特之間的“信息泄露”矩陣圖。

那是一張色彩斑斕的熱力圖,對角線上的信號最強,代表着正確的操作,但非對角線區域也佈滿了各種顏色的斑塊,像一幅被打翻了顏料的抽象畫。

林允寧看着那張圖,又看了看自己白板上那個被切成無數小塊的信息流形。

他忽然笑了。

這不就是同一個問題嗎?

夏爾馬教授的量子比特系統,就像他那個被切開的宇宙。每一個比特,就是一個“幾何分區”。

而所謂的“串擾”,就是信息在這些分區的“邊界”上,發生了不受控制的泄露。

他立刻回了郵件。

【夏爾馬教授,你好。問題收到了,非常有趣。這本質上不是一個硬件屏蔽問題,而是一個幾何問題。你們的量子比特,在‘信息空間裏,捱得太近了。】

他沒再多解釋,直接在郵件裏附上了一個簡潔的數學方案,標題就叫??“信息正交化”(Information Orthogonalization)。

【......你們可以嘗試在現有的控制脈衝序列上,疊加一個特定的微擾場。這個場的幾何效應,等效於在信息流形上進行一次座標變換”。通過精確調節變換參數,可以讓不同量子比特的信息流,在虛擬空間中互相‘垂直’。這

樣,它們就不會再互相干擾了。】

郵件的最後,他附上了一個用Python寫的,只有十幾行的代碼片段,用於計算那個“正交化”微擾場的具體形式。

發完郵件,他關掉電腦,繼續埋頭於自己那個更宏大的並行算法設計中。

對他來說,這只是一個小插曲。

又過了一週。

林允寧終於敲完了“幾何分區並行算法”的第一個可用版本。

他沒有用系裏的集羣,而是直接在自己的筆記本上,用模擬的8個並行進程,跑了一個最簡單的測試用例。

這一次,程序順利運行。

屏幕上,8個進程的內存佔用率,穩定地保持在一個極低的水平。

進度條,穩穩地向前推進。

1%... 2%...

雖然因爲筆記本性能有限,計算速度很慢,但他知道,自己成功了。

他解決了那個連埃米特都束手無策的計算瓶頸。

就在這時,他口袋裏的諾基亞手機響了。

是一個來自國內的長途電話。

他接起來,電話那頭傳來秦雅帶着激動和喜悅的聲音。

“允寧!是我,秦雅!”

“嗯,聽出來了。怎麼了?”

“我們的論文!就是那個‘拓撲催化'的合成方法!被JACS接收了!”

JACS,全稱《美國化學會志》,是化學領域的頂級期刊,份量相當於物理界的《物理評論快報》PRL。

“胡平教授請你當共同第一作者!他說......他說這個工作的核心思想是你提出來的,沒有你,我們可能還要在這個課題上卡住不知多久!

“而且這個新的合成方法,本身就是一個大突破!”

電話那頭,秦雅的聲音因爲激動而有些顫抖。

“胡平教授說我很有科研潛力,還推薦我去參加下個月在滬上舉行的全國化學年會,讓我代表課題組去做一個口頭報告!”

林允寧能想象到電話那頭,那個總是有些自卑和內向的女孩,此刻臉上是怎樣一種神采飛揚的表情。

“那很好啊,恭喜你。”

他由衷地爲她感到高興。

“允寧......”

電話那頭的聲音忽然小了下去,帶着一絲不易察覺的羞澀,“那個......真的......謝謝你。要不是你,我可能......現在還不知道未來的路在哪裏呢。”

“小事。”

“對了,”

秦雅像是鼓起了很大的勇氣,用近乎於耳語的聲音問道,“今年......聖誕節,你回國嗎?”