从量子计算机到脑机接口,科幻与现实的界限模糊不清

2024年11月1日,国家原子能机构、国家发改委等十二部门联合印发《核技术应用产业高质量发展三年行动方案(2024-2026年)》,其中提及,加强基础应用研究,充分利用国内核技术研究优势资源,加大辐照生物效应、核基础数据测量等领域基础性研究力度;瞄准新药创制、新型放疗技术及高端装备研制等领域,布局一批具有原创性、前瞻性的重点科技项目;探索核技术在量子计算、新型储能、脑机接口等未来产业中的交叉应用;推动核技术与人工智能、云计算等新一代信息技术深度融合,开创核技术应用新局面。

1990年代初期,钱学森提出“灵境科技”概念,大致意思:科学和技术不再是以前那种呆板、冰冷、唯物的存在,而是以更接近真人的性灵般存在,使人类的使用与感受,都接近与真人打交道似的舒适与亲和。

随着科学和技术的发展,几十年前的科幻,如今已走到我们面前。但任何传统单一的科学研究、技术开发、生产制造、市场营销条块分割,任何单独的科技及其应用,都无法实现近似人的“灵境”状态。要想实现这种梦幻般科技跨越,多学科、多部门、多产业、多企业,跨界发展、联合研发、共享市场乃必由之路。

量子计算机

在所有要素之中,人工智能领域是所有产业的核心要素。在这方面,量子计算机,是AI发展的重要物质基础。在量子物理学产生一百多年来,量子计算机的实际研发仅近三十年。2011年5月11日,加拿大D-Wave 系统公司发布了号称“全球第一款商用量子计算机D-Wave One”,含128个量子位。2013年5月,谷歌(Google)和NASA在加利福尼亚的“量子人工智能实验室”发布D-Wave Two。2017年5月,中国科学院宣布制造出世界首台光量子计算机。2019年10月,谷歌研发的Sycamore(悬铃木)量子计算机,声称实现了Quantum supremacy(量子霸权)。2020年12月4日,中国科学技术大学发表使用76粒光子运算的量子计算机“九章”,并宣布实现量子优越性。

微软研究院量子计算研究院NathanWiebe称:“如果量子计算机足够大、足够快,我们就可以彻底改变机器学习的许多领域。”他认为:“人类大脑是否量子计算机——这是个备受争议的问题,大脑有时候的行为让人感觉它就是量子计算机。众所周知,人类的行为离不开情境;现有的选择决定了我们的偏好,这其实和我们的逻辑相悖。从这个角度看,我们确实像是量子粒子”。很多科学家认为:相较0、1组成的二进制冯诺依曼架构(Von Neumann architecture),量子计算机才是解决人工智能难题的钥匙。

但量子计算机的研发难度极大,它需要超洁净空间、超流体(仅比绝对零度高1%℃)、超导体。譬如:2018年6月,Intel研发的量子芯片,需要在接近于-273.15℃的液氦超低温下工作。整套超导装置不但价格高昂,且体积非常庞大,这导致目前的量子计算机更多是实验室科研状态,而缺乏实用价值。

“室温超导”(Room-temperature superconductor,可在高于0°C环境下有超导现象的材料),如果研发能取得真正的突破性进展,毫无疑问将大大加速量子计算机的发展,促进其更加接近于实用。难题是:“室温超导”,是人类现代及其近未来科研征途中,又一座难以攀登的高峰。

截至2020年,最高温的超导体是超高压状态下含碳硫化氢系统,压力267 GPa,其临界温度为+15°C。而如此超高压状态,不但实验设备更大更昂贵,且“量子芯片”会被压成齑粉,根本不具备实用性。在常压下最高温超导体Cuprates(高温超导体铜氧化物),在-135°C温度下,才有超导现象。

一些在科技领域的后起之秀,出于民族自豪感或企业宣传利益而宣布的“遥遥领先”,譬如:2023年7月23日,韩国科学技术研究院(KIST)量子能源研究中心,发布的LK-99新型室温超导体论文。到2023年8月16日,就被Nature发文《LK-99不是超导体——科学侦探如何解开谜团》证伪。真正严谨、务实的科研,需要沉下心来、不务虚名、实事求是、具有奉献精神、几代人传承接续、埋头苦干几十年的历史性系统工程,还要有如精卫填海般巨大研发资金投入,且要准备承担很高的失败概率。

脑机接口

另一套思路,是Elon Musk开创的“脑机接口”技术路径。如前文所述,很多科学家认为:人脑就是能在常温下运行的生物架构量子计算机。人脑的工作机制不同于0、1二进制的电子计算机(所谓“非黑即白”),而更多是在“混沌”模式下,瞬间做出极为复杂的判断与选择,匪夷所思又巧夺天工、浑然天成。

彭罗斯(Roger Penrose)提出Robust机制(鲁棒)对物质与意识之间关系的解读。哈佛大学研究认为人脑“微观结构”存在“量子叠加态”,被谓之“量子灵魂”理论。

而马斯克(Musk)的长处是把抽象的科学理论,实现为技术应用,同时具备强大到难以想象的融资能力,把“幻想-科学-技术-研发”一直推动到“产品-应用-市场-利润”阶段。其他人觉得奇妙甚至玄妙的人脑与意识难题,马斯克的设想直接、大胆、甚至有些粗暴:既然人脑类似量子计算机,那为什么不把人脑与计算机联接起来呢?用天然的人脑量子计算机来控制电子计算机里的硅基智慧呢?

这就又产生了新的科技跨界:人脑是活生生的碳基血肉,而计算机是可以重置的硅基算力,两者之间的联接,不仅涉及到物理、数学、化学,还需要生命科学、医学作为基础。而生命科学、医学又自成体系、无比浩繁。所有最尖端、最艰难的科学体系,都交汇起来,甚至搅和起来,盘根错节、剪不断理还乱……很难用传统物理学,机械性分清谁先谁后?孰轻孰重?

这种状态,最接近于人脑真实的思维状态:多维度、复杂性、立体、动态,甚至看似混沌状态,最终产生思维结果和决策。这就要求在自由思想、科学探索、技术研发、产品应用等领域,实现多学科、跨专业、产业群体联动,就像有机生命体那样:是整体的、活生生的成长,而不是先长胳膊、后长腿、最后长眼睛。这种新的科学、技术、产业综合生态,就是钱学森曾设想的“灵境”状态:接近于人类性灵的科技及应用。

基于传统物理学的传统产业结构,譬如:波音制造飞机、福特制造汽车、IBM制造电脑、Intel制造芯片模式,已无法适应“灵境科技”发展。所以,近些年来,这些较陈旧的老大公司,发展越来越慢、利润率不断下滑、曾经的领先地位不断被反超。

而最适合未来“灵境科技”发展的产业模式,同时也取得了最快发展速度、超高利润率,毫无疑问就是马斯克的“跨界产-学-研综合体”。他形成了非常奇特的“自由思想+独裁决策”体制:在科幻设想、科研路径、研发方案、技术细节等方面,百无禁忌、自由发挥,普通基层研发人员能直接拦住马斯克,与其沟通自己的设想。然后,马斯克以近乎独裁的方式,拍板、指挥、协调手下不同领域的公司、部门、团队、供应商,以实现科研、设计、实验、测试、制造、反馈,整体化协调运作。

在“灵境科技”时代,这套独创运营模式,在协调多部门配合,实现复杂的综合目标方面,有效避免了“多部门管理、大家都有管理权、大家都不完全负责、冗长的集体决策、出了问题相互推诿”之弊端,非常适合近未来“灵境”发展需求,具有相当大的参考价值。

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美逸君

责编 陈斌