智東西 文 | 漫修遠(yuǎn)

（本文投稿，首發(fā)智東西。）

編者按：量子計(jì)算機(jī)和人工智能有什么關(guān)系？提前劇透一下，量子計(jì)算機(jī)天然的帶有機(jī)器學(xué)習(xí)的屬性，將更有利于推進(jìn)人工智能的發(fā)展。再考慮到量子計(jì)算機(jī)海量的數(shù)據(jù)處理能力，即便是模仿人類的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的各種互動(dòng)，也會(huì)比現(xiàn)有計(jì)算技術(shù)擁有更多優(yōu)勢(shì)。然而人工智能想要超過(guò)人類，終究是一個(gè)極其復(fù)雜的命題。一起來(lái)看一看作者的思路吧。

如果能時(shí)光穿越，智庫(kù)也許不會(huì)錯(cuò)誤地將美國(guó)兩次拉入伊拉克戰(zhàn)爭(zhēng)！更不會(huì)有ISIS猖獗和今日中東亂戰(zhàn)！因?yàn)橛辛肆孔佑?jì)算機(jī)，這個(gè)能并行運(yùn)算分析復(fù)雜系統(tǒng)問(wèn)題并輔助決策的“神器”！

首先回顧下公眾號(hào)“jcibas”雙11刊曾預(yù)測(cè)過(guò)的答案，這個(gè)超越的時(shí)間點(diǎn)將是2045年。（如下圖）

我們套用用量子計(jì)算的思維解答“人工智能將超人類”問(wèn)題，下文得到的是一堆近似的答案，我們將進(jìn)行探討。

量子計(jì)算方式的突破性革命，人工智能將如虎添翼！量子計(jì)算更靠譜、更聰明、處理能力更強(qiáng)、更具自我學(xué)習(xí)、自我編程能力。——漫修遠(yuǎn)

量子計(jì)算的多樣性答案和高置信度特性——更靠譜的計(jì)算

量子計(jì)算的特性就是不確定性。沒錯(cuò)，只有一堆的最佳解決方案才是復(fù)雜系統(tǒng)的匹配方案。量子計(jì)算返回多個(gè)答案，其中一些可能是你正在尋找，另一些則不是。這初看像是壞事，但返回答案越多，意味著計(jì)算機(jī)的置信水平越高！換言之，即更靠譜。

量子計(jì)算機(jī)的高運(yùn)算處理能力——運(yùn)算硬實(shí)力

現(xiàn)在的計(jì)算機(jī)畢竟是二進(jìn)制的（俗稱經(jīng)典比特），一遇到比較復(fù)雜的建模，像準(zhǔn)確預(yù)測(cè)天氣，預(yù)測(cè)更長(zhǎng)時(shí)間后的天氣等等，就會(huì)很費(fèi)力費(fèi)時(shí)；

量子計(jì)算D-Wave 2X 系統(tǒng)，在1000個(gè)量子比特時(shí)，能同時(shí)搜索2∧1000（2的1000次方）個(gè)可能的方案！可以同時(shí)一起展開“并行計(jì)算”，從而使其具備超高速的運(yùn)算能力。

量子計(jì)算機(jī)能自我學(xué)習(xí)——更聰明的計(jì)算

量子計(jì)算也被稱為AI co-processors （人工智能協(xié)處理器），非常適合人工智能AI及機(jī)器學(xué)習(xí)。

機(jī)器學(xué)習(xí) machine learning 即授于計(jì)算機(jī)研究世界并不斷從經(jīng)驗(yàn)中學(xué)習(xí)的能力。它是人工智能領(lǐng)域的一個(gè)分支。

通常，我們編寫的代碼中的大部分都是相當(dāng)靜態(tài)的，即給定新數(shù)據(jù)，它仍將執(zhí)行相同的計(jì)算，一遍又一遍，并作出相同的錯(cuò)誤結(jié)果。

使用量子計(jì)算機(jī)器學(xué)習(xí)，系統(tǒng)可以設(shè)計(jì)程序，修改自己的代碼，機(jī)器可以不斷學(xué)習(xí)新的方法來(lái)處理它之前未遇到過(guò)的數(shù)據(jù)。

比如傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)去無(wú)法識(shí)別它之前從未接觸的新圖像，因根據(jù)傳統(tǒng)的計(jì)算架構(gòu)，設(shè)計(jì)遵循非常嚴(yán)格的邏輯推理。而量子計(jì)算機(jī)的處理器就非常適合此類需要先質(zhì)疑，后決策的高級(jí)任務(wù)！

形象點(diǎn)比喻，相當(dāng)而言，傳統(tǒng)計(jì)算是「一根筋」，而量子計(jì)算是「活腦筋」。

AI機(jī)器學(xué)習(xí)通常按已知的算法即監(jiān)督學(xué)習(xí)法supervised learning algorithm進(jìn)行的。下圖所示谷歌AI實(shí)驗(yàn)室在2013年采用了512量子比特的系統(tǒng)，主要應(yīng)用于幫助科學(xué)家建立更有效而精確的的AI模型，用于諸如從語(yǔ)音識(shí)別、網(wǎng)頁(yè)搜索到（生物化學(xué)的）蛋白質(zhì)折疊（模擬）。

到本月8日，運(yùn)用1000個(gè)量子比特的D-Wave 2X系統(tǒng)谷歌試驗(yàn)室的聲明，證實(shí)了量子計(jì)算比傳統(tǒng)計(jì)算最高快一億倍的事實(shí)。

量子計(jì)算機(jī)能自我編程——與時(shí)俱進(jìn)的運(yùn)算

量子計(jì)算通過(guò)允許編寫自己的能量程序，讓系統(tǒng)調(diào)整能量程序直到上圖所有標(biāo)簽顯示是正確為止。這也被稱為“訓(xùn)練”或“學(xué)習(xí)”階段。

注：能量程序 energy program 如下圖所示，是量子計(jì)算特有的。

即量子在運(yùn)算之初未定性狀態(tài)到運(yùn)算接受的定性狀態(tài)的程序。

注：圖中的'-1’和'1’是例舉開關(guān)燈游戲里的數(shù)值，ON = +1 ； OFF = -1

量子比特計(jì)算羅斯定律增速>經(jīng)典比特計(jì)算摩爾定律增速——當(dāng)1億被忽略不計(jì)

量子位數(shù)量每年翻番”的別稱是羅斯定律，這是用定律的提出者D-Wave的創(chuàng)始人羅斯名字命名的定律。（謹(jǐn)慎起見，我們也稱之為羅斯假設(shè)）

視頻中，我們看到，量子計(jì)算基本按照每年翻倍的速度持續(xù)增長(zhǎng)。

而摩爾定律是：集成電路芯片上所集成的電路的數(shù)目，每隔18~24個(gè)月翻倍。

如果羅斯假設(shè)成立，以2015年1000個(gè)量子比特芯片，每年翻倍的話，按量子計(jì)算方法論，我們得出可能的眾多答案之一：

2015年1000個(gè)，2016年2000個(gè)，2017年4000個(gè)，2018年8000個(gè)，2019年16000個(gè)，2020年32000個(gè)，2021年64000個(gè)，2022年128000個(gè)，2023年256000個(gè)，2024年512000個(gè)，2025年1024000個(gè)，2026年2048000個(gè)...到2026年約2百萬(wàn)個(gè)量子比特芯片誕生。屆時(shí)，量子計(jì)算機(jī)能同時(shí)提供2∧2048000個(gè)解決方案，這個(gè)數(shù)字足以撐爆小編PC的計(jì)算器。

2∧204≈2.57*10^61

2∧2048≈3.23*10^616

2∧20480≈1.24*10^6165 （PC機(jī)計(jì)算機(jī)算到此爆表）

作者推斷2∧2048000≈ 1后面約有61萬(wàn)個(gè)0，我們常用的大計(jì)數(shù)單位'億’，1后面8個(gè)0，根本可忽略了。

最后我們團(tuán)隊(duì)的數(shù)學(xué)工程師Fishy Yu，編制了開發(fā)者小程序，給出了確切答案：2∧2048000≈ 2.69848*10^616509

歡迎來(lái)到量子計(jì)算的疆域，其實(shí)也意味著您已進(jìn)入一個(gè)海量數(shù)字的世界！

工程師Fishy Yu，一開始還詫異，做什么項(xiàng)目需要算這么大的數(shù)字? 是啊，目前這個(gè)傳統(tǒng)計(jì)算的世界，接觸這類海量數(shù)字的機(jī)會(huì)并不多。

當(dāng)然，羅斯假設(shè)的正確性，是否需要修正，有待時(shí)間檢驗(yàn)。以上也只是數(shù)學(xué)推斷。也是眾多量子計(jì)算最佳答案之一，如年份和量子比特?cái)?shù)量順序錯(cuò)開，可能得出2030年得到2∧2048000量子比特芯片等多種答案。

推論至此，量子計(jì)算運(yùn)用于仿生計(jì)算機(jī)的應(yīng)用呼之欲出！

仿生計(jì)算機(jī)的提出是為了解決如何構(gòu)建大規(guī)模人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的問(wèn)題。傳統(tǒng)計(jì)算的CPU/GPU處理神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)效率低下，如谷歌大腦的1.6萬(wàn)個(gè)CPU運(yùn)行7天才能完成貓臉的無(wú)監(jiān)督學(xué)習(xí)訓(xùn)練。谷歌大腦實(shí)現(xiàn)模擬人腦的突觸數(shù)量?jī)H為100億個(gè)，而實(shí)際的人腦突觸數(shù)量超過(guò)100萬(wàn)億。采用CPU/GPU的通用處理器構(gòu)建數(shù)據(jù)中心，占地、散熱以及耗電等都是非常嚴(yán)峻的問(wèn)題。

100萬(wàn)億，對(duì)于量子計(jì)算這個(gè)1億可被忽略不計(jì)的時(shí)代，海量數(shù)據(jù)處理根本不是問(wèn)題，換言之，到那時(shí)隨著量子計(jì)算系統(tǒng)的不斷自我學(xué)習(xí)迭代程序，人工智能超越人類，也水到渠成了！

最后，從量子計(jì)算的視角，讓我們回顧一下2000多年前，老子在《道德經(jīng)》這句名言，

“道生一，一生二

二生三，三生萬(wàn)物”。

注：文中有關(guān)量子計(jì)算事實(shí)的描述均引自D-Wave 官網(wǎng)。