今天的主题不仅是目前物理学前沿的大问题，也是哲学前沿的大问题：理解意识是如何从物质中产生的。

我将要讨论的第一种奇特新脑是大家可能都熟悉的东西。这是下面我将谈论的技术中最为成熟的一个，但是它带来了这样一种观点，即意识能够以一种现在人们非常熟悉的、切实的形式，从物质中涌现出来。数字计算机，我们知道它们所做的一切——在许多方面类似于智能实体的行为，都是基于对大量0和1的操作。我们确切地知道这些奇特新脑是如何工作的，因为是我们建立了它们。

这是“分析机”的模型，它将“信息是物理的”这一想法，从概念阶段、从乔治·布尔意思到的符号表示阶段，发展到机械操作阶段。这台机器不同部件的设置，几乎没有来回切换的开关。这台机器通过机械操作来执行逻辑法则，或者你可以说，来实现思考。

这里需要强调的一点是，尽管图灵的架构只是“符号式”的，他是一个理论家，但这个架构非常清晰。这台被称作“图灵机”的思想机器的每一步操作都非常清楚。因此，如果你想建造一台能“思考”的机器，你可以把它当作说明书来读。

克劳德·香农（Claude Shannon）是麻省理工学院的教授，他把故事推动到下一阶段。

在一个非常常见的实验中，“真”以高电压表示，“假”以低电压表示。你在“（逻辑）门”的一端输入（高/低）两电压，经由一个合理设计的电路，通往另一端，在那里输出对输入进行布尔代数运算后的结果。如果你想表示逻辑“和”，也就是要实现：当且仅当两个输入都是高电压时，你的输出是高电压。这成为了设计电路来物理上实现布尔代数的一个问题。实际的电路相当复杂，如果你学习电子工程、计算机科学课程，你就会学习如何设计这些电路。

在早期，我指的是20世纪40年代开始的时期，实际上，这些想法是出于战争的需求而第一次被整合实现。在晶体管带来变革之前，计算机基于真空电子管。在我小时候，我父亲是一名电子技师，处理早期的收音机和电视，家里到处是这种真空管，就这样我慢慢开始了解和喜欢上它们。

这是我的朋友Misha Lukin，他制造了一台51量子比特的计算机。它不是通用计算机，所以我们称它为模拟器，基本上由里德伯原子排列构成。我选择这张照片是为了呈现现实的前沿实验所涉及的规模，还因为米沙是我的朋友，这是一张不错的照片。我是在网上找到的。

我要提到的第三种方法我特别喜欢，它特别有趣，物理学上称之为编织。用扭结来计算的历史可以追溯到南美洲的古印第安人。他们用扭结的数量和种类来表示数字。你可以用绳子来表示数字，互相发送信息，并用这些绳子进行计算。很明显，当你把物体缠绕在一起时，扭结会变得非常非常复杂。任何试图编精美发辫，甚至任何淋浴后想整理头发的人，都了解描述和控制缠绕的发辫有多么复杂。所以你可以在里面编码很多信息。如果你有合适的物理实体，电路，或者更高级的设备来掌控其缠绕方式，它们被称作任意子，然后你便可以用任意子来存储和处理信息。它们在其量子力学波函数中记录它们的历史。我的朋友和同事潘建伟在人工实现任意子的小规模电路上做出一些开创性实验。

量子处理器、量子计算机，即使很小，但对于某些测试，得益于量子比特的能力，仍然能做得很好。所以，可以有一种混合设计，即一台经典计算机，它可以处理很多事务——很多经典计算机已经擅长的事情，

另一种可能更容易理解和记忆的说法是，我们期望量子模拟器，小的量子比特集合，能够非常擅长于量子力学。尽管经典计算机很难精确地完成量子力学，因为量子比特变得非常复杂、非常快。如果为了制造新材料或新分子，你想计算许多相互作用的量子单元的性质，那么从量子比特这个方向寻找方案，并把量子比特当作计算单元可能会极其有帮助。已经有一些与量子模拟器使用相关的具体想法，这要比试图制造一台全能的图灵机容易得多。

到目前为止，我讨论过的计算机，以及各种奇怪的“脑”，在设计和概念上与人类思维有很大不同。它们处理的符号、抽象和物理元素与人类大脑的工作方式完全不同。生物学的运作方式是不同的，它使用的单元速度慢得多，但各单元之间的连通性比人工机器、电子计算机或任何现有量子计算机设计中的连通性要高得多。它有分层的体系结构和巨大的并行性，这与你在计算机芯片中发现的完全不同。

所以，尽管这些单元很小、很慢，不像人工计算机部件那样制作精密、那样可靠，但它运作起来非常流畅，这就是人类特有的优势。基于这种观察和经历，人类得到启发，这种非同寻常的架构可以很好地实现思维，构建第三种奇特新“脑”。这里的基本构件不是一个单元，不是经典计算中的1或0，也不是它的量子推广（如量子计算中的），而是所谓的神经元。

举一个象棋的例子，它令我印象深刻，可能是因为我对象棋的了解比对围棋或星际争霸要多一些。象棋已被人类深入研究了几个世纪，关于它的文字资料非常丰富。有的人类棋手终其一生都在精进棋艺，并且认为对象棋的理解已经相当透彻了。将国际象棋的规则输入神经网络，通过与自己对局，在几天内，甚至几个小时内，通过使用深度学习策略，神经网络的棋艺就可以赶超任何人类玩家，同样也比人类通过编程而设计出的经典计算机棋手要好得多。这难免令人类汗颜，我们创造的事物竟可以在某些方面完成我们认为是智力顶峰的任务，并且做得更好。如果你认为棋类等游戏不是很重要，神经网络在其他一些问题上比任何程序或人类也表现得更好，比如确定一个DNA密码的化学结构和它的形成机理及形状。

传播网络并不思考它们在做什么，它们只管传播。它们不反省，也不检查自己的表现。因此，接下来是思考的下一个层次，我们需要超越反向传播，研究审视和指导其他网络的网络。审视自身行为，很有可能除了监控外部世界和身体状态的传感器之外，我们还有监控、预测、评估和指导我们内部大脑状态的模块，这些模块观察我们在想什么。换句话说，就是在观察和审视我们的意识。

我向大家展示这个经典的实验，它改变了我对自己在这个世界上的看法。这是一个极其简单的实验。