人类是如何发展起现在的电子计算机的?未来的量子计算会解决现有经典计算的问题吗?经典计算、量子计算、神经网络,谁最有可能率先实现大脑的完全人工化?这是昨天在墨子沙龙,著名物理学家、2004年诺贝尔物理学奖获得者Frank Wilczek教授在演讲中讨论的几个问题。
Frank Wilczek教授为现场三百多位观众带来了《Strange New Minds》的主题演讲。对于地球上的智慧生物——人类来说,想要明白思维来源于何处,不仅是一个前沿科学问题,也是一个古老的哲学议题。更进一步,信息、思维这些意识层面的东西,能不能通过物质的形式表现出来,也就是说,我们如何建造一个人工的新大脑?这些宏大又具体的问题,在Frank Wilczek教授的演讲中都有所体现。
说起人工大脑,首当其冲就要说说我们最熟悉的数字电子计算机,简称数字计算机。而事实上,数字计算机的基本理念来源于19世纪英国哲学家和数学家乔治·布尔写的一本非常重要的书——《思维法则》,书中系统阐述了逻辑演绎的核心思想。最开始,人们试图通过机械来实现这种逻辑运算,但直到电子逻辑门出现,真正的计算机才算问世。后来精密的晶体管和集成电路取代了笨重的真空管机器,计算机的速度、体积、能耗、价格,才以摩尔定律飞速发展。这就是Frank Wilczek教授所说的第一个“新大脑”。
而Frank Wilczek教授所说的第二个新大脑,就是现在的前沿热门——量子计算。摩尔定律并非永无止境,当代表0和1的个体或者电荷变得越来越小,摩尔定律开始失效,量子规律开始显现。由于量子世界的不确定性,人类也面临新的挑战。但是Frank Wilczek教授认为,挑战也意味着希望。量子态具有叠加性,所以,当我们描述量子比特的状态,会发现,随着量子比特数目增加,它代表的状态呈指数增长。这意味着,当量子计算机被添加更多的量子位之后,它的计算能力会相比经典比特来说指数增长,量子比特的这种强大能力,可以给我们带来极大的计算能力。
在Frank Wilczek教授的这场报告中,“希望”和“挑战”这两个关键词被频繁提出。尽管谷歌刚刚宣布他们实现了量子霸权,但Frank Wilczek教授认为,量子计算机还有很长的一段路要走,现在的量子计算才刚刚开始,就像最早的分析引擎、甚至像中国古代的算盘一样还处于计算的早期。未来量子会在越来越多的领域实现使用价值,但不会突然之间颠覆我们的世界。但同时,Frank Wilczek教授对量子计算又保持客观:“量子计算技术还会继续演进,就像古老的数字计算机从齿轮演进到了真空管、真空管演进到了越来越小的晶体管,这种进化同样会发生在量子计算上,它会不断进步,甚至可能会出现一种量子摩尔定律。”
那么,第三个“新大脑”指的又是什么呢?它就是与我们人类大脑最为相似的一种建模方法——神经网络。相对于计算机,人类的大脑具有更强的连通性,另外,大脑的分层结构和大规模的并行型,也与计算机有很大的不同。基于这个理念,人们开始打造第三个神奇的大脑——人工神经网络。人工神经网络最强大之处在于自我学习和自我完善,要做到这一点,系统内部的反馈机制是关键。这不禁让人联想到善于深度学习的人工神经网络“象棋手”,只需和自己反复过招,就能在极短的时间内超越绝大多数人类选手。Frank Wilczek教授将其简单描述为——人工神经网络的一大进步就是引入意识或者自我认识。
Frank Wilczek教授的演讲似乎给出某种预言——一些更奇妙、更强大的新“大脑”即将出现,未来,某些极富创造力的人物和他们的成就将会打开新世界的大门,在这个过程中,物理学家和物理学必然能够再次做出伟大的贡献。
关于“墨子沙龙”
墨子沙龙是由中国科学技术大学上海研究院主办、上海市浦东新区科学技术协会及中国科大新创校友基金会协办的公益性大型科普论坛。沙龙的科普对象为对科学有浓厚兴趣、热爱科普的普通民众,力图打造具有中学生学力便可以了解当下全球最尖端科学资讯的科普讲坛。