量子計(jì)算與人

李淼

人類的大腦會不會像量子計(jì)算機(jī)一樣做隱秘的工作，只在最后呈現(xiàn)一個(gè)選擇？我們期待未來幾十年科學(xué)家會有答案。

人工智能越來越火，百度最近甚至聲稱自己不是一家互聯(lián)網(wǎng)公司，而是一家人工智能公司。還有消息說，美國至少有百分之七十的投資者已經(jīng)在計(jì)劃投資人工智能有關(guān)的項(xiàng)目?，F(xiàn)有的人工智能，能做的事情是單項(xiàng)的，比如AlphaGo，科學(xué)家給它一個(gè)特定的程序，它就可以下圍棋?？茖W(xué)家也可以給它“喂”圍棋的數(shù)據(jù)，它會在數(shù)據(jù)中學(xué)習(xí)，提高圍棋水平。它還可以自己和自己對弈，在對弈中繼續(xù)提高水平，這是一種機(jī)器學(xué)習(xí)方式。

我的一位大學(xué)同學(xué)，楊強(qiáng)，現(xiàn)在是香港科技大學(xué)的計(jì)算機(jī)與工程系主任。他是如何評價(jià)當(dāng)下人工智能的？他說，機(jī)器可以在一個(gè)單項(xiàng)中戰(zhàn)勝人類，比如AlphaGo，但它能將圍棋的技藝轉(zhuǎn)化為象棋的技藝嗎？它會將圍棋技藝中的智慧應(yīng)用在其他方面嗎？并不能。我們?nèi)祟惸軌蜃龅竭@一點(diǎn)，就是俗話說的舉一反三。在機(jī)器學(xué)習(xí)領(lǐng)域中，這叫遷移學(xué)習(xí)能力。楊強(qiáng)就是研究遷移學(xué)習(xí)的，但目前還沒有機(jī)器會遷移學(xué)習(xí)。

當(dāng)機(jī)器具備遷移學(xué)習(xí)能力時(shí)，人工智能才真正具備類似人類的智慧。即便如此，機(jī)器能不能真正擁有類似人類甚至超越人類的智慧，我還有懷疑。原因很簡單，我們至今還沒有完全理解人類意識的機(jī)制。有一種可能，人類意識涉及的不僅僅是簡單的經(jīng)典計(jì)算機(jī)的計(jì)算能力，也許還含有量子計(jì)算的機(jī)制。當(dāng)然，這僅僅是可能。那么，到底什么是量子計(jì)算？

首先，我們先直觀理解一下當(dāng)下計(jì)算機(jī)的計(jì)算。這種計(jì)算原理，和小學(xué)生做運(yùn)算沒有什么區(qū)別。首先，計(jì)算機(jī)得有一個(gè)地方專門用來存儲數(shù)字或者其他什么數(shù)據(jù)，這就像我們在一張紙上先寫下一個(gè)數(shù)字或兩個(gè)數(shù)字。比方說，我們要計(jì)算兩個(gè)數(shù)字相加的結(jié)果，就在紙上寫下兩個(gè)數(shù)字。計(jì)算機(jī)還有一個(gè)地方，就是中央處理器（CPU），這是最關(guān)鍵的一個(gè)部分，是用來做計(jì)算的。計(jì)算機(jī)的計(jì)算原理就像我們在紙上做加法，我們知道個(gè)位數(shù)如何相加，然后再使用進(jìn)位法則。計(jì)算機(jī)的處理器也有一套類似的原則，這樣，它就會做加法了。加法之后就是乘法，等等。

一個(gè)數(shù)字，在計(jì)算中就是一個(gè)狀態(tài)，兩個(gè)數(shù)字分隔存儲起來也是一個(gè)狀態(tài)，處理器的任務(wù)就是將這個(gè)狀態(tài)在加法的指令之下轉(zhuǎn)化成另一個(gè)狀態(tài)。輸入的狀態(tài)是確定的，指令也是確定的，這樣，輸出的狀態(tài)就是確定的。

在量子力學(xué)中，大家熟知的不確定性告訴我們，本來就沒有確定的狀態(tài)。比如說，一個(gè)數(shù)字，既不是0，也不是1，它同時(shí)是0和1，這是量子世界神奇和反直覺的地方。在量子計(jì)算的運(yùn)算過程中，每一步的狀態(tài)也是不確定的，這樣，輸出結(jié)果也是不確定的?？墒牵瑸槭裁催€需要做量子計(jì)算機(jī)呢？

打個(gè)比方。給你一個(gè)迷宮，現(xiàn)在你需要從一個(gè)入口進(jìn)去，從另外一個(gè)入口出來。通常，能夠走通的只有一條路。進(jìn)入入口之后，在每次交叉的地方，你總會有兩個(gè)選擇，向左拐還是向右拐，大多數(shù)的選擇會將你引入一個(gè)死胡同。這就像做計(jì)算，盡管你可以有選擇，但你只能選擇一個(gè)。

一個(gè)量子粒子就不同，它可以同時(shí)選擇向左拐和向右拐，它的狀態(tài)是不確定的，或者同時(shí)具備這兩種狀態(tài)。這樣，一個(gè)量子粒子進(jìn)入迷宮，總會走出來。將這個(gè)道理用到計(jì)算機(jī)上，我們就說，量子計(jì)算機(jī)同時(shí)在做很多很多運(yùn)算。這樣，計(jì)算機(jī)的效率就比普通計(jì)算機(jī)高得多。

人類的大腦會不會像量子計(jì)算機(jī)一樣做隱秘的工作，只在最后呈現(xiàn)一個(gè)選擇？我們期待未來幾十年科學(xué)家會有答案。