[科普中國(guó)]-丁洪：量子計(jì)算機(jī)將成第四次工業(yè)革命引擎，人工智能迎來(lái)轉(zhuǎn)折點(diǎn)

2018年9月8日，未來(lái)科學(xué)大獎(jiǎng)獲獎(jiǎng)人名單在京公布：李家洋、袁隆平、張啟發(fā)因系統(tǒng)性地研究水稻特定性狀的分子機(jī)制和采用新技術(shù)選育高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)水稻新品種中的開創(chuàng)性貢獻(xiàn)摘得“生命科學(xué)獎(jiǎng)”；馬大為、馮小明、周其林在發(fā)明新催化劑和新反應(yīng)方面的創(chuàng)造性貢獻(xiàn)，為合成有機(jī)分子，特別是藥物分子提供了新途徑，因此獲得“物質(zhì)科學(xué)獎(jiǎng)”；林本堅(jiān)因開拓浸潤(rùn)式微影系統(tǒng)方法，持續(xù)擴(kuò)展納米級(jí)集成電路制造，將摩爾定律延伸多代取得的成就榮膺“數(shù)學(xué)與計(jì)算機(jī)科學(xué)獎(jiǎng)”。圖注：2018未來(lái)科學(xué)大獎(jiǎng)發(fā)布會(huì)現(xiàn)場(chǎng)在新聞發(fā)布會(huì)的間隙，未來(lái)科學(xué)大獎(jiǎng)委員會(huì)委員、中國(guó)科學(xué)院物理研究所丁洪研究員就未來(lái)十年世界科學(xué)的發(fā)展趨勢(shì)、時(shí)下熱門的量子計(jì)算機(jī)和人工智能領(lǐng)域發(fā)展情況、目前中國(guó)的科研大環(huán)境等問(wèn)題接受了記者采訪。圖注：未來(lái)科學(xué)大獎(jiǎng)委員會(huì)委員 丁洪當(dāng)前科技轉(zhuǎn)化越來(lái)越緊密，周期越來(lái)越短在被問(wèn)到未來(lái)十年世界科學(xué)研究、科技轉(zhuǎn)化的趨勢(shì)時(shí)，丁洪表示：“在目前來(lái)看，技術(shù)和商業(yè)的轉(zhuǎn)化越來(lái)越緊密，它的周期越來(lái)越縮短”。這種趨勢(shì)很多還是在科學(xué)前沿。比如在計(jì)算機(jī)，特別是人工智能領(lǐng)域，很多教授、包括未來(lái)科學(xué)獎(jiǎng)評(píng)委會(huì)的李飛飛-斯坦福教授，被聘為谷歌人工智能實(shí)驗(yàn)室主任，這就是科技轉(zhuǎn)化的明顯體現(xiàn)。丁洪稱，在生命科學(xué)、物理科學(xué)，比如新材料、新能源等領(lǐng)域，科技轉(zhuǎn)化也有突出體現(xiàn)?！斑@是未來(lái)的趨勢(shì)，科學(xué)家能夠很快地把一些新想法、新發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)化為對(duì)社會(huì)有用的技術(shù)，甚至是一些商業(yè)模式?！被A(chǔ)研究的貢獻(xiàn)，不僅在于實(shí)際的突破，還在于推動(dòng)人類知識(shí)寶庫(kù)的不斷充實(shí)當(dāng)被問(wèn)到基礎(chǔ)研究對(duì)世界的貢獻(xiàn)時(shí)，丁洪表示，盡管基礎(chǔ)研究發(fā)展緩慢，但在漫長(zhǎng)的求索中，它是對(duì)人類知識(shí)寶庫(kù)的不斷充實(shí)。以他本人研究的超導(dǎo)為例，“超導(dǎo)是一個(gè)非常神奇的現(xiàn)象，一種宏觀量子現(xiàn)象”。丁洪說(shuō)到，“這個(gè)故事講起來(lái)似乎是矛盾的”，量子現(xiàn)象明明是微觀的，怎么會(huì)有宏觀？但超導(dǎo)和超流，就是宏觀物體中能夠體現(xiàn)的量子效應(yīng)。這使它有了一些很重要的實(shí)際應(yīng)用：一類是精密測(cè)量。因?yàn)闇y(cè)量多半要測(cè)宏觀，有了量子效應(yīng)，會(huì)測(cè)得比較精確。第二類是用來(lái)做醫(yī)學(xué)器械，比如最常見的核磁共振用的超導(dǎo)線圈。未來(lái)來(lái)看，運(yùn)用超導(dǎo)的宏觀量子效應(yīng)——量子相干性或者量子的糾纏性，在宏觀尺度上去實(shí)現(xiàn)，是制造量子計(jì)算機(jī)最被看好的一種方向。當(dāng)然，“超導(dǎo)還有很多其他的可能性”，丁洪說(shuō)到，比如磁懸浮，如果將來(lái)超導(dǎo)的溫度能夠達(dá)到室溫，那么就是一個(gè)革命性的突破，我們會(huì)看到阿凡達(dá)一樣的世界，山都會(huì)懸浮起來(lái)?！斑@個(gè)世界會(huì)變得超乎想象。”而在超導(dǎo)發(fā)現(xiàn)的這一百多年里，它還帶給我們另一個(gè)方面的貢獻(xiàn)，丁洪特別補(bǔ)充到，“（超導(dǎo)發(fā)現(xiàn)）所帶來(lái)的知識(shí)，是對(duì)人類智慧的一個(gè)挑戰(zhàn)”。在超導(dǎo)發(fā)現(xiàn)后一百多年間，很多著名科學(xué)家，包括愛因斯坦都在思考怎樣理解超導(dǎo)，但都失敗了。一直到五十多年之后人類才理解了所謂的低溫超導(dǎo)，但這之后、八十年代，又出現(xiàn)了高溫超導(dǎo)。“這是對(duì)人類知識(shí)的又一挑戰(zhàn)”，丁洪說(shuō)到?！拔覀?nèi)祟愂且粋€(gè)充滿好奇的物種，面對(duì)重大挑戰(zhàn)，自然會(huì)想辦法去理解它”。“如果我們不能理解，那說(shuō)明我們以前還是處于一個(gè)相對(duì)無(wú)知的狀態(tài)?！倍『檎f(shuō)。在這種情況下，正是對(duì)于超導(dǎo)知識(shí)的探索，推動(dòng)了人類知識(shí)寶庫(kù)的不斷充實(shí)，也推動(dòng)了人類社會(huì)的不斷進(jìn)步。通用量子計(jì)算機(jī)尚未實(shí)現(xiàn)，但具備非常大的潛力記者追問(wèn)量子計(jì)算機(jī)的話題。丁洪表示：“量子計(jì)算機(jī)現(xiàn)在是非常火的一個(gè)概念，但是通用計(jì)算機(jī)現(xiàn)在還沒(méi)有實(shí)現(xiàn)”。關(guān)于量子模擬機(jī)，或者說(shuō)，有幾十個(gè)比特的作為一些非常局限的工種，現(xiàn)在是有一些。丁洪解釋說(shuō)：因?yàn)榱孔佑?jì)算機(jī)的運(yùn)算能力是以一種指數(shù)形式來(lái)增長(zhǎng)，“比如說(shuō)，你把這個(gè)量子比特的所有潛力都挖出來(lái)，那它的計(jì)算能力將是這個(gè)2的N次方”。這是一個(gè)驚人的數(shù)字，只要50個(gè)比特，（量子計(jì)算機(jī)）每一步的計(jì)算數(shù)就可達(dá)到2的50次方，這個(gè)數(shù)字將超過(guò)現(xiàn)有的超級(jí)計(jì)算機(jī)的能力。“所以各國(guó)都在激烈地競(jìng)爭(zhēng)，希望獲取一種量子霸權(quán)”，丁洪說(shuō)到，“它對(duì)于整個(gè)人類社會(huì)會(huì)有一個(gè)非常大的突破?！薄傲孔佑?jì)算機(jī)是即將到來(lái)的，或者說(shuō)現(xiàn)在已經(jīng)開始到來(lái)的第四次工業(yè)革命的引擎之一，這個(gè)話應(yīng)該是恰當(dāng)?shù)??！蹦敲?，他本人今年八月份發(fā)布的科研成果——鐵基超導(dǎo)體中的“馬約拉納任意子”——對(duì)量子計(jì)算機(jī)的發(fā)展有何幫助呢？丁洪表示：“（這個(gè)發(fā)現(xiàn)）是開拓了一個(gè)新的方向”。相比其他方向，這一發(fā)現(xiàn)有一些獨(dú)特性和優(yōu)越性。首先，它溫度相對(duì)較高。其次，也是最主要的，它的純度比較好。另外，它的結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，用單材料就可以做。圖注：丁洪在“馬約拉納任意子”新聞發(fā)布會(huì)現(xiàn)場(chǎng)（2018年8月17日）那這個(gè)發(fā)現(xiàn)對(duì)于量子計(jì)算機(jī)有什么應(yīng)用呢？丁洪表示：在量子計(jì)算機(jī)中，量子比特之間的相干性是保證量子計(jì)算的基礎(chǔ)，為了避免量子退相干導(dǎo)致的誤差，就要用其他的量子比特去保護(hù)這些用于計(jì)算的量子比特，如果要讓50個(gè)比特完全處在一個(gè)量子相干性，就需要幾千甚至上萬(wàn)個(gè)量子比特去保護(hù)。并且，隨著比特的增加，這個(gè)保護(hù)的增長(zhǎng)幾乎是指數(shù)式的。“這樣的話，現(xiàn)有的技術(shù)要去做是很難?！钡沁€有第二種方法，就是用拓?fù)浔Ｗo(hù)，丁洪說(shuō)到，“就是制造一種拓?fù)淞孔樱▉?lái)對(duì)抗干擾）”。怎么制造？就是用馬約拉納任意子來(lái)造。這個(gè)是可以做出來(lái)的?！皯?yīng)該說(shuō)，（我們的這項(xiàng)研究）這是做了一個(gè)前期的工作，一個(gè)物理的基礎(chǔ)?！倍『檎f(shuō)到，這就像三極管之于基層電路，它鋪墊了整個(gè)半導(dǎo)體工業(yè)的基礎(chǔ)。 “而我們就是在做基礎(chǔ)，在科學(xué)上發(fā)現(xiàn)它（拓?fù)淞孔樱?，如果以后能做出?lái)，能夠用，那就要有工程師介入來(lái)做了”?；A(chǔ)研究尋找最佳方案，工程師將之發(fā)揮到極致記者追問(wèn)對(duì)基礎(chǔ)研究和應(yīng)用研究之間關(guān)系的看法。丁洪表示：在最初的階段，基礎(chǔ)研究更重要。但基礎(chǔ)研究有個(gè)不確定性，你無(wú)法知道一個(gè)東西研究出來(lái)之后會(huì)不會(huì)被應(yīng)用?；蛘哒f(shuō)，基礎(chǔ)研究會(huì)（對(duì)同一個(gè)問(wèn)題）給出不同的解決途徑，但最后選取的可能就是最佳方案。而工程師（應(yīng)用研究）會(huì)將這個(gè)最佳方案付諸現(xiàn)實(shí)，并發(fā)揮到極致?！熬拖裨瓉?lái)看三極管，那三位物理學(xué)家發(fā)明的三極管是巨大的，笨重又占空間的”，而現(xiàn)在工程師們做出來(lái)的三極管，在集成電路上面用肉眼都看不見。（工程師們）能把科學(xué)家研究出來(lái)的一些原理性的、非常笨重的東西做成我們現(xiàn)在非常好使用的東西，他們?cè)谶@方面起著巨大的作用。那么，對(duì)于今年的未來(lái)科學(xué)大獎(jiǎng)數(shù)學(xué)與計(jì)算機(jī)獎(jiǎng)得主林本堅(jiān)教授的研究，又怎么看呢？丁洪表示：林本堅(jiān)的研究，正是在于對(duì)集成電路的貢獻(xiàn)。集成電路之前是用波長(zhǎng)193納米的可見光進(jìn)行光刻，但是隨著這個(gè)尺度越來(lái)越小，到小于這個(gè)波長(zhǎng)的時(shí)候，集成度就會(huì)受到光學(xué)極限的限制。而林本堅(jiān)的研究，突破了這個(gè)光學(xué)極限，他能夠用193納米的光去做7萬(wàn)以上的光刻，使得摩爾定律多活了7代，“這是非常驚人的事情”。人工智能潛能無(wú)限，世界將因此變得更美好記者轉(zhuǎn)而問(wèn)到當(dāng)下大熱的人工智能的問(wèn)題，丁洪表示：人工智能潛能無(wú)限，但人類依然能夠駕馭，世界將變得更美好。“據(jù)我所知，AI實(shí)際上是經(jīng)過(guò)了幾起幾伏”，七十年代火過(guò)，后來(lái)又冷卻，再火起，又冷卻，反反復(fù)復(fù)?！斑@實(shí)際上是，人類對(duì)AI的期待非常大，所以它很容易火”。但它又非常難做，所以又會(huì)進(jìn)入低谷期?！暗沁@一次，可能是不同?！倍『樵捯粢晦D(zhuǎn)。其一在于現(xiàn)在是一個(gè)互聯(lián)網(wǎng)高度發(fā)達(dá)的時(shí)代，使得機(jī)器之間，或者人機(jī)對(duì)話，在遠(yuǎn)距離成為可能。第二是芯片，集成電路的高度小型化，也使AI成為可能。只要將計(jì)算機(jī)放在云端，通過(guò)快速的互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)通向世界各地的AI終端，即可實(shí)現(xiàn)AI運(yùn)算?！傲硗膺€有一些進(jìn)展，比如說(shuō)，機(jī)器學(xué)習(xí)，隨著大數(shù)據(jù)的利用，就做得非常好”，丁洪說(shuō)到，“最突出的一個(gè)例子就是阿爾法狗，在圍棋上面能夠打敗人類。”“這是個(gè)非常驚人的事情，應(yīng)該說(shuō)是AI的一個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)?！薄拔矣X(jué)得AI不會(huì)像以前那樣，輕易又轉(zhuǎn)入一個(gè)低谷期。它似乎是能夠有更強(qiáng)的持續(xù)發(fā)展的能力?！蹦敲矗@種能力如果走進(jìn)科學(xué)家的實(shí)驗(yàn)室里面，又會(huì)碰出怎樣的火花呢？丁洪表示：“我非常看好AI幫助人們理解（科學(xué)問(wèn)題）。”人類經(jīng)過(guò)幾千年的積累，才凝聚的下圍棋的智慧，阿爾法狗在幾天、幾個(gè)月的時(shí)間就把人類的圍棋水平從九段提高到了二十段?！叭绻瑯右粋€(gè)思維用來(lái)學(xué)習(xí)物理，并且能夠發(fā)現(xiàn)物理規(guī)律，是不是在幾天內(nèi)就能把人類未來(lái)幾百年要做的事情都完成了？”如果它（AI）能學(xué)習(xí)人類的東西，并且拿去創(chuàng)造，這時(shí)候人類的知識(shí)積累，會(huì)是一個(gè)巨大的加速。就好像之前的語(yǔ)言、文字、計(jì)算機(jī)一樣，幫助人類文明實(shí)現(xiàn)一個(gè)跨越式的進(jìn)步。它能幫助我們找到超導(dǎo)的秘密，設(shè)計(jì)出量子計(jì)算機(jī)，諸如此類，“這是一件非常令人興奮的事，至少對(duì)于我來(lái)說(shuō)”。那人類會(huì)被AI取代嗎？丁洪表示：雖然AI在某些方面能夠迅速超過(guò)人類，但它畢竟是人想出來(lái)的，新時(shí)代會(huì)出現(xiàn)新的職業(yè)，就像現(xiàn)在的程序員，在計(jì)算機(jī)出現(xiàn)以前是根本沒(méi)有的。AI時(shí)代也是一樣的，有些簡(jiǎn)單的重復(fù)性的工作會(huì)被它取代，但是，設(shè)計(jì)AI，設(shè)計(jì)機(jī)器人，可能會(huì)成為新興的職業(yè)。人類社會(huì)會(huì)變得更豐富，工作越來(lái)越多，生活越來(lái)越美好。青年科學(xué)家開始科研時(shí)，應(yīng)該先深度再?gòu)V度那么，在當(dāng)下的大科技環(huán)境下，隨著交叉學(xué)科的興起，學(xué)科融合日趨重要，青年科學(xué)家應(yīng)該怎樣平衡研究的深度與廣度呢？丁洪表示：年輕人首先要術(shù)業(yè)有專攻，也就是有深度，然后才要跨界發(fā)展，去做得更好，這是一個(gè)辯證的關(guān)系。丁洪說(shuō)：從深度和廣度來(lái)說(shuō)，其實(shí)有一句話叫，什么是博士？英文說(shuō)，他要知道，everything about something，就是對(duì)某一件事，他要全部知道；但這還不夠，他也要知道，something about everything，就是對(duì)所有事情都要知道一部分。這就叫博士。前者說(shuō)的就是深度，后者是講的廣度?！皩?duì)于年輕人特別是剛剛從事科研的學(xué)生來(lái)說(shuō)，首先還是要深度”，丁洪說(shuō)到，只有術(shù)業(yè)有專攻，對(duì)自己的專業(yè)研究得很深入，才有可能立足，因?yàn)楝F(xiàn)在是一個(gè)社會(huì)分工很細(xì)的社會(huì)，剛開始是萬(wàn)金油，就很難在社會(huì)上站住腳?！爱?dāng)然有一定的積累之后，想要繼續(xù)做得更好，廣度是非常重要的”。丁洪說(shuō)，很多新的發(fā)現(xiàn)，或者新的學(xué)科，就是在老學(xué)科的邊緣里產(chǎn)生的，所以跨界也非常重要?！斑@是一個(gè)所謂的辯證關(guān)系?！痹趺纯创邦亴?、許晨陽(yáng)先后回美國(guó)”？中國(guó)吸引人才看“以前”，國(guó)外看“現(xiàn)在”。在采訪將要結(jié)束時(shí)，記者就“顏寧、許晨陽(yáng)先后回美國(guó)”一事也詢問(wèn)了丁洪的看法。丁洪表示：這個(gè)跟中美兩國(guó)對(duì)人才的吸引機(jī)制不同有關(guān)?！爸袊?guó)喜歡看帽子（頭銜）”，諾貝爾獎(jiǎng)、院士、千人計(jì)劃、杰青等，但是，“其實(shí)有很多帽子戴上去的時(shí)候，是獎(jiǎng)勵(lì)以前、甚至很久以前的成果”，并不意味著你現(xiàn)在還具有同樣的創(chuàng)造力。而美國(guó)更加注重現(xiàn)在，看你是否正當(dāng)年。用體育來(lái)類比的話，“就好像我們現(xiàn)在把球王貝利請(qǐng)來(lái)踢足球，那肯定踢不好的”?！岸绹?guó)會(huì)說(shuō)，我要把C羅請(qǐng)過(guò)來(lái)?！毕耦亴帯⒃S晨陽(yáng)這樣三四十歲的科學(xué)家，美國(guó)可能更有吸引力?！拔蚁胫袊?guó)應(yīng)該更多去引進(jìn)當(dāng)代之年的人才?！倍『檎f(shuō)到。圖注：丁洪在未來(lái)科學(xué)大獎(jiǎng)發(fā)布會(huì)采訪現(xiàn)場(chǎng)在匆忙的采訪之后，丁洪研究員去向了另一議程。他對(duì)未來(lái)科技的樂(lè)觀，對(duì)個(gè)人研究工作的熱情，以及對(duì)跨界領(lǐng)域的深度思考，都給人留下極深刻的印象。他之前的預(yù)言，“量子計(jì)算機(jī)會(huì)成為即將到來(lái)的第四次工業(yè)革命的引擎之一”， “人工智能迎來(lái)轉(zhuǎn)折點(diǎn)，將幫助人類文明實(shí)現(xiàn)一個(gè)跨越式的進(jìn)步”，也讓人不自禁充滿期待，我們希望這一天早日到來(lái)。編輯：高佩雯 騰訊科普附錄：關(guān)于“未來(lái)科學(xué)大獎(jiǎng)”未來(lái)科學(xué)大獎(jiǎng)作為一個(gè)非官方、非營(yíng)利、民間發(fā)起的科學(xué)獎(jiǎng)項(xiàng)，經(jīng)過(guò)三年的努力，已在全世界范圍內(nèi)產(chǎn)生影響，被譽(yù)為“中國(guó)的諾貝爾獎(jiǎng)”。該獎(jiǎng)項(xiàng)強(qiáng)調(diào)獎(jiǎng)勵(lì)在大中華地區(qū)完成的重大科研工作，評(píng)審體系主要參考諾貝爾獎(jiǎng)等國(guó)際著名獎(jiǎng)項(xiàng)。單項(xiàng)獎(jiǎng)金100萬(wàn)美元，每一項(xiàng)由四位捐贈(zèng)人共同捐贈(zèng)。旨在通過(guò)這種激勵(lì)示范效應(yīng)，激發(fā)全社會(huì)的科學(xué)熱情，吸引更多青年投身科學(xué)，實(shí)現(xiàn)中國(guó)公民科學(xué)素養(yǎng)的提升。2018未來(lái)科學(xué)大獎(jiǎng)?lì)C獎(jiǎng)典禮將于2018年11月18日在北京盛大舉行。屆時(shí)，全球近百位具有卓越影響力的頂尖科學(xué)家將出席見證。文章由騰訊科普“科普中國(guó)頭條創(chuàng)作與推送項(xiàng)目”團(tuán)隊(duì)推出轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明來(lái)自“科普中國(guó)”