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    谷歌-NASA:共辟计算新纪元

      我们很容易对科技行业的公告感到厌倦,那些在媒体面前精明圆滑的CEO们有节奏的定期发布“革命性”新产品。版本1.0变成1.1,最终升级到2.0,不断升级。这一切都因为发生得太快而显得有些模糊。

      与此同时,真正具有突破性的东西却常常遭到忽视(晶体管和微芯片在推出的时候都未立即成为热门)。范式转换(paradigm shift)是以奇怪的形式进行的,它对人们当下的生活少有或根本没有明显的影响,常常需要几十年时间才能发挥作用。

      不过,我们还是应该留意最近的一则消息,即谷歌(Google)和美国宇航局(NASA)在量子计算机方面取得合作,这标志着一种新数字范式的崛起。虽然我们有待对超出目前理解范围的东西作出解释,但就连眼下进行的项目所预示的未来也不似科学事实,而更接近科幻小说中的情景。

      鬼魅似的远距作用

      故事的开端并非在上周,甚至也不是去年,而是1911年,当时一位名叫艾尔伯特·爱因斯坦(Albert Einstein)的年轻科学家参加了索尔维会议,他到那里是为了跟当时一流的物理学家讨论他对于光量子的发现。对这位年轻人来说——他虽然还不是教授,但已经推翻了经典物理学的很大一部分——这次会议在某种程度上让他走进了人们的视野。

      然而,爱因斯坦背弃了自己的观点,他在1927年重返索尔维会议时已经是新量子理论的反对者。就是在那次会议上,爱因斯坦跟尼尔斯·玻尔(Niels Bohr)展开了著名的论战。据说,爱因斯坦坚称,“上帝不会掷骰子。”

      玻尔则反驳道:“爱因斯坦,不要告诉上帝怎么做”。

      物质是确定的抑或只是概率的产物,在这个问题之外,真正让爱因斯坦感到不快的是他所谓的“鬼魅似的远距作用”,我们如今把这种奇怪现象称为量子纠缠(quantum entanglement)。爱因斯坦提出了一个巧妙的实验,他自信可以藉此反驳量子理论。

      事实证明,他的失败最终往往比大多数人的成功更富有成效。1993年,IBM实验室进行了爱因斯坦的实验,首次实现物质的量子隐形传态。该事件以佐证玻尔的方式最终解决了1927年的那次论战,并为上周宣布的项目奠定了基础。

      核时代的计算技术

      在上世纪40年代初期,另一位前途远大的年轻科学家理查德·费曼(Richard Feynman)跟另一群杰出科学家聚集到了位于新墨西哥州的洛斯阿拉莫斯国家实验室(LANL)。然而,这次集会的目的并不是进行智力上的辩论,而是引爆一种原子能装置(顺便提一下,该项目是由爱因斯坦署名的一封信发动的)。

      费曼的任务之一就是负责估算原子弹爆炸的当量,那是前所未有的计算量。为了完成任务,费曼安排手下的“计算机”(当时就是配备机械计算器的的人)各自解决问题的一部分,这种技术现在被称为并行计算(parallel computing)。

      战争结束后,事情变得很清楚,即威力更加强大的氢弹在理论上是可行的。然而,其所需的计算量要多出数千倍,即使费曼的方法也被证明无济于事。要让热核炸弹变成现实,需要用到一种基于数字技术的电子计算机。

      杰出的数学家约翰·冯·诺依曼(John von Neumann,他是爱因斯坦和费曼的共同好友)被分配来完成这项工作,他在普林斯顿大学(Princeton)的高等研究院(IAS,也许并不令人意外的是,爱因斯坦就在该院从事学术活动)组织起一支团队,计算机系统结构就是在那里被开发出来并延续到今日的。

      现有计算技术的终结

      自上世纪50年代以来,为冯·诺伊曼结构(von Neumann architecture)提供动力的内部技术得到稳步提升,从真空管发展到晶体管再到集成电路。其结果是计算机的计算能力大约每隔18个月就会增加一倍,这个定律使那些新奇电子设备的粉墨登场成为可能。

      然而,一段时间以来,我们已经知道这种进步将因物理限制而陷于停滞,时间大概在2020年左右,除非我们可以开发出一种全新的系统结构。很多人认为,解决方案将是量子计算,这是一种基于玻尔和爱因斯坦激烈辩论的“鬼魅似的远距作用”的新方法。

      因此,谷歌和美国宇航局最近发布的公告,连同另一项称政府已经使用量子互联网数年时间的独立公告,标志着一个新纪元的到来。在这个新纪元中,量子计算不仅在理论上可行,而且经得起检验以及具有技术可行性。在可预见的未来,摩尔定律将继续发挥作用。

      换句话说,派对不会结束,而只是刚刚开始。我们可以预期,在下一代我们设备的性能将提升数千倍。也许并不令人意外的是,我们不会使用这些超高速和超安全的新计算机以更快的速度做相同的事情,而是做全新的事情。

      范式转换意味着什么

      在很多方面,谷歌跟美国宇航局的合作代表着新的曼哈顿计划(Manhattan Project),但计划的目标不再是引爆核弹,而是模拟人类的大脑。谷歌工程总监雷·库兹威尔(Ray Kurzweil )相信,这项壮举将在未来十年内完成。

      根据库兹威尔的推断,由量子计算机驱动的计算能力的大幅提升将在本世纪30年代中期导致技术奇异点(technological singularity)的到来,届时机器将能进行自我复制,在诸如纳米技术、基因组学以及能源这样的领域推动类似的产生不断加速增长回报的趋势,并最终与人类融合。

      在不久的将来,我们的计算技术有望变得更加智能。能力甚至远超如今最强大超级计算机的服务将通过云端提供给我们的移动设备,使用它们将几乎跟与人打交道没有区别。

      谷歌目前在这个领域处于领先位置,但微软(Microsoft)、IBM和其他公司(但奇怪的是,苹果并不在其中)也正在取得令人印象深刻的进展。一台量子计算机的售价是1,500万美元,这个价码当然不会让人望而却步,我们可以预期越来越多的机构会在未来数月和数年使用它们。

      如果目前的趋势继续保持下去,20年之后量子计算设备的价格将降到1,000美元左右,(如果某些技术问题得到解决)我们手中甚至可能有机会掌握一种连爱因斯坦本人都不敢想象的智能力量。