Computación cuántica, inteligencia artificial y blockchain

Computación cuántica, inteligencia artificial y blockchain

Los próximos 5 a 10 años serán la clave para una nueva ronda de revolución tecnológica global y transformación industrial desde estar listo para explotar hasta ser masivo período de explosión. Con el rápido desarrollo de una nueva ronda de revolución tecnológica global, están surgiendo innovaciones tecnológicas disruptivas, las más llamativas de las cuales incluyen la computación cuántica, la inteligencia artificial y la cadena de bloques. ¿Existe alguna conexión entre estas tecnologías disruptivas y la cultura tradicional china? ¿Cómo se relaciona con las ciencias básicas (por ejemplo, matemáticas, física)? ¿Cómo entender objetivamente estas tecnologías de vanguardia? Este número especial publica un informe de Zhang Shousheng, físico teórico estadounidense y académico extranjero de la Academia de Ciencias de China, que ganó el Premio Internacional de Cooperación Científica y Tecnológica de la República Popular China en enero de 2018.

Actualmente, la computación cuántica, la inteligencia artificial y blockchain son las tres tecnologías básicas más importantes en toda la industria de las tecnologías de la información. En el futuro, para que la tecnología de la información realmente se desarrolle a pasos agigantados, debemos prestar atención a la ciencia básica, que requiere tanto física como matemáticas, porque la física y las matemáticas están estrechamente relacionadas con la revolución de la tecnología de la información.

El descubrimiento de las "partículas de ángeles" ha cambiado el dilema de la investigación y el desarrollo de computadoras cuánticas.

Antes de hablar de computación cuántica, hablemos primero de las historias de descubrimientos científicos relacionados con las "partículas de ángeles". ". Hay muchos tiempos modernos interesantes. Los descubrimientos científicos están todos relacionados con cambios en los conceptos filosóficos, incluidos los conceptos filosóficos antiguos profundamente arraigados de la nación china. Por ejemplo, parece que el mundo siempre ha sido un mundo de opuestos positivos y negativos. Si hay números positivos, debe haber números negativos, y si hay yin, debe haber yang. Donde hay bien, debe haber mal. Esta visión opuesta del mundo también está presente en el mundo físico de las partículas elementales.

Hubo un físico teórico muy grande en la historia, Dirac, que describió la teoría de la relatividad especial y la mecánica cuántica se unificaron, hizo una operación matemática muy simple y abrió una raíz. Al abrir la raíz, siempre habrá dos soluciones, positiva y negativa. Es posible que a la mayoría de las personas solo les importe la "solución positiva", sin importarles la "solución negativa". Dirac explicó la "solución negativa" como todas las partículas deben tener. antipartículas, y predijo que todas las partículas deben tener antipartículas.

En 1928, la física Las antipartículas no se descubrieron en el mundo, y todos lo cuestionaron mucho, diciendo que su ecuación era definitivamente incorrecta. Él insistió en que su ecuación. Tenía razón. Cinco años después, tuvo mucha suerte y resultó que se encontraba en los rayos de la radiación cósmica. Los físicos encontraron la antipartícula del electrón, que es la partícula positiva, y la llamaron mar de Dirac. >

Después de eso, en la física de partículas elementales, hubo protones y antiprotones, neutrones y antineutrones y se ha aplicado, por ejemplo, los positrones en el campo médico. Existe una prueba médica llamada PET, que. Se pueden obtener imágenes utilizando positrones y electrones negativos. La mejor manera de detectar la enfermedad de Alzheimer es mediante PET.

Hoy en día, los chinos están muy preocupados por el desarrollo científico. Los físicos teóricos de la historia, como Newton, estaban bajo el manzano, la manzana que caía lo inspiró y descubrió la gravedad. Cuando Einstein viajaba en el ascensor, sintió que los efectos de subida y bajada del ascensor eran muy similares. y así creó la gran teoría de la relatividad general.

Además, el desarrollo de la ciencia no debe ser supersticioso respecto de la autoridad. Después de que Dirac se convirtiera en un físico teórico muy famoso, los científicos creyeron firmemente que si hay partículas en el. En el mundo, debe haber antipartículas. Pero otro gran físico teórico, Ma. Jorana, por curiosidad, preguntó si había algunas partículas en el mundo que no tuvieran antipartículas. Inventó la ecuación de Majorana, que describe maravillosamente que hay una partícula. que no tiene antipartículas, o es ella misma mi propia antipartícula.

Más tarde, toda la comunidad física estaba buscando las dos partículas codiciadas, una de las cuales se llamó "partícula de Dios", y se encontró en una. acelerador en Europa en 2012. El físico que lo predijo, Higgs, ganó el Premio Nobel, y otro es el "fermión Majorana"

Trabajo en física teórica, y el trabajo de un físico teórico generalmente es hacer predicciones y dejar que se lleven a cabo experimentos. Los físicos vienen a probar En 2010, mi grupo experimental predijo que se podrían encontrar fermiones de Majorana en un dispositivo combinado. Pero todavía necesitamos encontrar una señal que demuestre la existencia de tal partícula.

El otro día pensé que la partícula de Majorana tiene un solo lado y ningún lado opuesto, por lo que en cierto sentido tiene la mitad del tamaño de una partícula normal.

Nuestro grupo teórico hizo una predicción audaz: dado que las partículas de Majorana son diferentes de las partículas ordinarias, en cierto sentido, son sólo la mitad de las partículas ordinarias. Por lo tanto, su conductividad será diferente. Por lo general, la conductividad de las partículas es un múltiplo entero de 0, 1, 2 y 3, lo que inevitablemente conducirá a un paso de conductividad que es un múltiplo medio entero. Predecimos que tendrá un paso de 0,5 o 1/2. Más tarde, nuestro grupo teórico trabajó en estrecha colaboración con el grupo experimental e hizo observaciones experimentales. De hecho, en 0,5, se puede ver que es el patrón original del experimento. Apareció un paso en 0,5, lo que demuestra que Majorana La existencia de fermiones. Lo llamamos "Angel Particle" y a todos les gustó mucho el nombre.

¿Cuál es la relación entre las "partículas de ángeles" y el desarrollo de la tecnología de la información?

Actualmente los ordenadores se han dividido en dos categorías, los ordenadores clásicos y los ordenadores cuánticos. Algunos problemas son fáciles de resolver con computadoras clásicas, como multiplicar dos números grandes. Las computadoras clásicas pueden calcular muy rápidamente. Pero mira si un número se puede dividir entre el producto de otros dos números. Por ejemplo, 15 se puede escribir como 3 por 5. Si el número es relativamente pequeño, también puedes calcularlo tú mismo. Pero si se le da un número muy grande, una computadora clásica tardaría mucho tiempo en calcular si el número es el producto de dos números, porque el algoritmo que utiliza es un método exhaustivo, que divide todos los números que se pueden dividir. en uno. Después de dividir los dos números, finalmente puedes confirmar si este es el producto de dos números. Las computadoras clásicas son muy lentas para calcular.

Los ordenadores clásicos sólo pueden utilizar métodos exhaustivos para calcular finalmente una respuesta. Pero el mundo cuántico es un mundo muy mágico, un mundo paralelo. Por ejemplo, en un experimento famoso, si libero una partícula, como un fotón, tiene dos agujeros, a la izquierda o a la derecha. Pero existe un auténtico paralelismo en el mundo cuántico. Una partícula básica atraviesa dos agujeros al mismo tiempo en un momento determinado. Si es izquierda o derecha, la imagen no es la imagen mostrada.

El mundo cuántico en sí es paralelo. Si usa el mundo cuántico para hacer cálculos, puede calcular en segundos y calcular todas las posibilidades a la vez, porque el mundo cuántico tiene su paralelismo original, que es el concepto más básico de la computación cuántica. Pero en realidad es muy difícil construir esta computadora cuántica. Por ejemplo, la unidad más básica de una computadora clásica es el bit, lo que significa que la información es 0 o 1. Toda la información se puede expresar con 0 o 1. Esto es clásico. Concepto de computadora. Pero en el mundo cuántico, una partícula pasa por el agujero izquierdo y por el derecho al mismo tiempo, y se encuentra en un cierto estado de superposición. Un qubit no puede decir si es 0 o 1. Está en un estado de superposición de 0 y 1. Escuchemos una analogía: el gato de Schrödinger está en una superposición de vivo y muerto. Este es un fenómeno muy maravilloso. Pero debido a este fenómeno básico, significa que un bit cuántico en sí mismo es inestable. Si miras a tu alrededor, sabrás que está a la izquierda o a la derecha, 0 o 1, lo que sea que cause. gran interferencia al qubit.

Recientemente, las computadoras cuánticas se han convertido en un motivo de especial preocupación para empresas famosas de todo el mundo y los Estados Unidos, Google, Microsoft, IBM e Intel están haciendo inversiones, pero no pueden resolver este problema fundamentalmente porque. Un qubit es muy inestable. Sí, si un día nos dicen que hemos creado 50 qubits, la pregunta clave es cuántos bits útiles hay. Si solo hay un bit útil, a menudo se necesitan 10, 20 o incluso 40. El marco de este tipo de computación cuántica se requieren 50 bits de corrección de errores para funcionar, lo que hace que la computación cuántica sea realmente difícil de implementar.

Pero el descubrimiento de las partículas de ángeles ha cambiado fundamentalmente el dilema de la investigación y el desarrollo de las computadoras cuánticas. Este es un proceso del cambio cuantitativo al cambio cualitativo. El qubit en sí tiene la capacidad de corregir errores, que es como suelo dividir un qubit en dos partículas angelicales. Las partículas normales tienen dos lados, pero las partículas angelicales tienen solo un lado, por lo que las partículas angelicales suelen ser solo la mitad de una partícula. Por lo general, un qubit puede usar dos partículas angelicales para almacenarlo. Una vez que se utilizan dos partículas para almacenarlo, se encuentran en un lugar distante y se entrelazan entre sí. En el mundo clásico, los ruidos no se entrelazan entre sí. En este caso, el ruido no se puede utilizar para destruir los cuantos almacenados por las partículas de los ángeles, por lo que se trata de un cambio revolucionario.

No hace mucho pronuncié un discurso en la Sociedad Estadounidense de Física y dije que las partículas angelicales son un descubrimiento apasionante. Se pueden utilizar para fabricar computadoras cuánticas con tantos bits como sean necesarios. Es necesario agregar bits de corrección de errores y tienen una función de corrección incorrecta incorporada, lo que desempeñará un papel rápido en el desarrollo de las computadoras cuánticas.

El día que los robots puedan hacer descubrimientos científicos, ese día las máquinas inteligentes superarán a los humanos

Como concepto básico, la inteligencia artificial se propuso en los años 60. La inteligencia artificial actual puede desarrollarse a pasos agigantados, principalmente debido a la suma de muchas tecnologías nuevas. Según la iteración de la Ley de Moore, puede duplicarse cada 18 meses. Si se utiliza la computación cuántica, no solo se duplicará la Ley de Moore cada 18 meses, sino que cambiará completamente de un cambio cuantitativo a un cambio cualitativo. El poder informático humano ha seguido creciendo a lo largo de los años. El nacimiento de Internet y del Internet de las Cosas ha generado una gran cantidad de datos. Los algoritmos inteligentes están cambiando a pasos agigantados. Los macrodatos pueden ayudar a las máquinas a aprender. Sin embargo, la base de la inteligencia artificial son todo tipo de datos, no importa cuán bueno sea el algoritmo, no importa cuán poderosa sea la computadora, no puede convertirse en inteligencia artificial sin datos.

La inteligencia artificial, aunque veo que avanza a pasos agigantados, siento que aún está en una fase muy temprana. ¿Por qué dices esto? Para hacer una analogía simple, por ejemplo, una vez vimos pájaros volar y la gente también tenía muchas ganas de volar. Sin embargo, en los primeros días, aprender a volar era simplemente biónica. pero el estado real del vuelo es. Dado que los humanos han entendido el primer principio del vuelo: la aerodinámica, y con los principios físicos y ecuaciones matemáticas, pueden diseñar los mejores aviones. Los aviones de hoy vuelan alto, rápido y bien, pero no son como los pájaros. , este es un punto muy central.

La mayor parte de la inteligencia artificial actual simplemente imita las neuronas humanas, pero en lo que deberíamos pensar más es en que existe una oportunidad para un gran avance en la ciencia básica. Debemos comprender verdaderamente esa sabiduría y esa inteligencia. Los principios básicos de la inteligencia artificial pueden realmente realizar cambios fundamentales en la inteligencia artificial.

¿Qué tipo de base podemos utilizar para medir realmente si la inteligencia artificial alcanza los estándares humanos? Es posible que algunas personas hayan oído hablar de la prueba de Turing. La prueba de Turing significa que una persona habla con una máquina, pero no se sabe si la otra persona es una persona o una máquina. Durante toda la conversación, si pasas un día y no puedes sentir nada, significa que el robot parece haber alcanzado el nivel de un humano. Aunque Turing fue un gran informático, no estoy de acuerdo con este método de juicio. Muchas emociones humanas no son emociones racionales. Puede que no sea fácil para una máquina racional aprender del cerebro de un ser humano irracional.

Así que me gustaría proponer un nuevo método de juicio. ¿Cuándo tendrán los robots inteligentes una inteligencia que supere a los humanos? Creo que lo mejor de los seres humanos es que podemos hacer descubrimientos científicos. Un día los robots realmente podrán hacer descubrimientos científicos, ese día las máquinas superarán a los humanos.

Recientemente escribí un artículo sobre inteligencia artificial, que se publicará en el Journal of the American Academy of Sciences. En él se mencionará que los mayores descubrimientos científicos de la humanidad incluyen la relatividad, la mecánica cuántica, etc. ., en química el mayor descubrimiento fue el descubrimiento de la tabla periódica de elementos. ¿Puede una máquina inteligente descubrir automáticamente la tabla periódica de elementos sin ninguna guía? ¿Puede ayudar a los humanos a descubrir nuevos medicamentos? ¿Se puede utilizar el aprendizaje automático para descubrir nuevos materiales? Estos son los estándares por los que se juzga el nivel de inteligencia artificial.

Para lograr la coexistencia mutua y el desarrollo de blockchain y la inteligencia artificial, serán los más valiosos

En el mundo actual, los individuos generarán una gran cantidad de datos, y sus genes Datos, Los datos médicos, los datos educativos, los datos de comportamiento, etc. son particularmente necesarios para el desarrollo de la inteligencia artificial. Muchos datos se mantienen en instituciones centrales y no se ha logrado una verdadera descentralización. La aparición de blockchain puede crear un mercado de datos descentralizado.

Describo todo el concepto de blockchain en una frase, llamada "En Matemáticas confiamos". Este concepto se basa en las matemáticas. Lo más básico en toda la cadena de bloques y en todo el campo de la tecnología de la información son las matemáticas básicas, que pueden proteger la privacidad personal en el mercado de datos y realizar cálculos estadísticos razonables. Por ejemplo, existe un método de cálculo muy mágico llamado prueba de conocimiento cero, que puede demostrarle que mis datos son muy valiosos, pero no le dice dónde están los datos verdaderamente privados.

Con blockchain, el mercado de datos puede hacer que la sociedad sea más equitativa. La mayor injusticia en la sociedad moderna es que la gente tiende a discriminar a algunas minorías. Pero lo que más se necesita en el proceso de aprendizaje automático son los datos que pertenecen a la minoría. Si la precisión del aprendizaje automático alcanza hoy el 90% y aumenta del 90% al 99%, lo que necesita no son los datos que se han aprendido, sino datos diferentes a los de antes. A menudo, lo más valioso para el aprendizaje automático es una pequeña cantidad de datos.

Una vez que nuestros datos se construyan sobre la base de blockchain, junto con estos maravillosos algoritmos matemáticos, podremos tener un mercado de datos saludable. En este mundo, blockchain y la inteligencia artificial serán las más valiosas si logran el concepto de convivencia mutua.

En cuanto a toda la cadena de bloques, la comprensión que tiene el público de ella no es la comprensión de los primeros principios más fundamentales. En términos de los principios físicos más básicos, alcanzar la conciencia mutua es como si todos estuvieran de acuerdo en el mismo "libro mayor". Es equivalente a que en física los imanes son originalmente desordenados, pero en el estado ferromagnético apuntan en la misma dirección. mismo.

Alcanzar la conciencia suprema también existe en el mundo natural. Este fenómeno se llama reducción de entropía. Para alcanzar la conciencia última, si todos se mueven en la misma dirección, la entropía de este estado es mucho menor que la entropía del caos. Es muy difícil alcanzar esta conciencia última porque la entropía siempre está aumentando.

Para lograr un sistema de consenso sobre la blockchain se utiliza un algoritmo, que requiere consumo de energía. Esto suena irrazonable, ¿por qué la cuenta consume energía? Pero según el segundo teorema de la física, esto es algo muy razonable, porque alcanzar la conciencia en sí es una disminución de la entropía, pero la entropía del mundo entero seguramente aumentará, así que mientras se alcanza la conciencia última, se debe eliminar otra entropía. Este mecanismo no centralizado es muy similar al mundo natural en el que los imanes cambian de un estado caótico a un estado ferromagnético ordenado. También es una tendencia inevitable a consumir energía y pagar un precio.

Entonces, en el mundo ideal de la información, en el futuro, todos tendrán sus propios datos y se almacenarán de forma completamente descentralizada, de modo que los piratas informáticos no podrán piratear los datos de todos. Entonces, el uso de algunos algoritmos cifrados en la cadena de bloques puede realmente proteger la privacidad personal y hacer buenos cálculos, y cosas como el robo de muchos datos personales en Facebook no sucederán.

Los problemas que tenemos que resolver hoy en día en computación cuántica, inteligencia artificial y tecnología blockchain son problemas para la humanidad. Los científicos chinos enfrentarán grandes oportunidades, además de hacer un buen trabajo en ciencia y tecnología aplicadas. También deben haber avances científicos básicos verdaderamente originales, como los principios físicos y matemáticos presentados anteriormente, aunque estas cosas parezcan relativamente abstractas, como el principio de aumento de entropía y los positrones y electrones negativos. La maravilla del mundo reside en el hecho de que la ciencia básica puede ofrecer nuevas y amplias perspectivas de desarrollo para toda la industria de la tecnología de la información.