我今天報告的題目叫作“神話、哲學、互聯(lián)網(wǎng)與人類未來”。前陣子，我正好在烏鎮(zhèn)，就參加了互聯(lián)網(wǎng)大會。在大會中，我忽然有這么一個理解，其實在古時候同時期存在著兩種人屬，一種叫碩壯人，一種叫直立人，他們互相之間可能也會有些聯(lián)系。碩壯人已經(jīng)開始使用工具了，而且他的腦容量也挺大。直立人相對沒有碩壯人那么強壯，但是他們發(fā)明了符號與基本的語言，可以很好地交流，分享一些信息，正因為這個原因，經(jīng)過慢慢地進化，他就成為了我們現(xiàn)代人的祖先。

所以某種意義上講，那個時候就已經(jīng)有一種信息的交互。如果我們不太較真的話，可以把它叫做一種互聯(lián)網(wǎng)的雛形。按照我的理解，正是因為有這樣的信息的交互、有互相協(xié)同，在直立人的進化過程中起到了關(guān)鍵的作用。

關(guān)于互聯(lián)網(wǎng)的將來，一直以來有一個非常重要的話題，就是所謂的隱私保護。有了隱私的保護，我們才能保證思想的自由和思想的多樣性，才能百家爭鳴，比如像雅典學院等等，能夠形成各種各樣的創(chuàng)新。所以我覺得在人類文明進化的過程當中，有兩方面信息的交互很重要：人類互相交流想象變得越來越豐富，同時每一個人都要作為一個主體，有獨立思考的能力。有這兩方面的原因，我們?nèi)瞬拍茏杂傻貏?chuàng)造。

神話傳說的物理實現(xiàn)

《西游記》里面有很多很有趣的概念。第一個就是“天上一日、地上一年”，告訴我們，天上的神仙時間會過得慢一點，他們活得時間會長一點，而地上的時間會過得比較快。有兩個很有名的神仙，叫順風耳、千里眼，發(fā)生在很遙遠的地方的事情他們能夠聽到，也能夠看到。

當然可能大家都讀過這本書，其中最吸引人的就是美猴王。孫悟空有一個功能就是分身術(shù)，毫毛一拔，到處一扔，就變出好多個孫悟空。他還有另外一種非常強大的功能——筋斗云。翻一個筋斗，就可以從一個地方消失，在另一個非常遙遠的地方出現(xiàn)。這有點像我們前陣子看到的科幻電影《星際穿越》里面的場景。

所以大家就問了，這些東西在我們現(xiàn)實生活當中到底能不能實現(xiàn)？大家都知道，得益于電動力學的建立，我們能進行無線電的通信。在1888年，赫茲在卡爾斯魯厄——德國的小鎮(zhèn)，做了一個實驗來驗證電磁波是不是存在。在圖的右邊，有一個小線圈在抖動，當線圈通電之后，在很遙遠的地方，按道理應該發(fā)生電火花。但因為他這兩個實驗室本來是在兩個不同的房間，所以他搖完以后趕緊跑到隔壁房間看，什么也沒有看到。好多年前我到這個地方去看過。赫茲后來把這個墻拆掉了，這邊一抖，那邊即時的電火花就發(fā)生了，因為無線電波以光速傳遞，跑得太快了，他怎么跑還是跑不過這個無線電。正因為有這些發(fā)明，后來有了電話，有了電視機，到現(xiàn)在我們用的手機，都可以現(xiàn)場實現(xiàn)千里眼、順風耳這么神奇的功能了。所以我說，物理學真的非常有意思，它可以保證信息的有效傳輸。

剛才雙南教授已經(jīng)講到相對論。狹義相對論和廣義相對論都告訴了我們確實存在某種特殊的情況，有些地方時間過得慢一點，有的地方時間就過得快一點。比如在一個引力特別強的地方，一個小時甚至等于一個好遠的地方的七年等等。這里可以舉個例子，雙生子佯謬的問題。如果說有對雙胞胎兄弟，有一個是宇航員，坐著宇宙飛船在宇宙中進行快速的旅行。等他回來之后，他這個雙生的兄弟，已經(jīng)變得很老了。這樣的現(xiàn)象，在物理世界、在高速飛行的粒子里面，已經(jīng)能看到了。所以說確實也是可以實現(xiàn)的。

信息交互的未來挑戰(zhàn)

因此我形成了這樣一種觀點：我們在古代早些時候有語言，通過口口相傳，進行信息的傳遞、交互和共享。隨后我們有了文字，也可以通過書本的傳遞，千里傳書來傳遞信息。到了后來，隨著科技的發(fā)展，第一次工業(yè)革命熱力學的發(fā)現(xiàn)，隨后電動力學的運用，我們信息的傳遞效率和交互效率就變得越來越高了。到了現(xiàn)代，因為有計算機和互聯(lián)網(wǎng)的出現(xiàn)，其實整個地球都變成一個村子了。所以說，信息的交互非常重要。

有兩個永恒主題將一直伴隨著我們?nèi)祟愡M化和社會發(fā)展：首先，怎樣來加強信息交互的效率，把信息中有用的知識提取出來，進行傳播、共享？這是非常重要的。同時，要加強隱私的保護，來保證每個人思想的自由。比如說，如果我現(xiàn)在可以非常方便地看到饒毅現(xiàn)在在想什么，我可以控制他的思想的話，我們每個人都不可能進行自由的創(chuàng)造了。所以我覺得，信息有效的交互和隱私的保護是我們?nèi)祟愇磥淼囊粋€基本保證。如果這兩者都沒有的話，那我們就沒辦法繼續(xù)進化下去了。

信息科技的進一步發(fā)展，目前面臨很多重大的問題：隨著半導體晶體管的尺寸接近納米量級，電子的運動規(guī)律就不再遵守經(jīng)典物理學的規(guī)律了。而且目前所謂的超級計算機能耗是巨大的，所以大家經(jīng)常問：我們怎樣來發(fā)展未來的計算機，能很好地解決人類對計算能力的無限需求？這是第一個問題。與此同時，我們確實因為面臨各種各樣的問題：信息終端、服務器、傳輸?shù)木W(wǎng)絡都有各種各樣的安全問題，存在著竊聽和種種的黑客攻擊。

有一種解決方法，就是可以對超級計算機進行加密，但隨著計算能力的增加，原來那些非常有效的加密算法也都已經(jīng)被破解了。這么一來，大家都希望能夠建立下一代的標準密碼。但非常不幸的是，這些標準密碼還沒投入使用，又被發(fā)現(xiàn)是不安全的了。大家可能還沒有直接受到過損害，其實網(wǎng)絡犯罪每年給全球帶來了大量的經(jīng)濟損失，更加不用說因為種種可能的其他原因，另外造成一些損失。

量子世界的“分身術(shù)”和“筋斗云”

我今天想跟大家分享的第二個觀點，就是量子力學在近百年的發(fā)展過程當中已經(jīng)為解決這些重大的問題做好了準備。

具體來說，第一個就是要適當利用量子世界的分身術(shù)。這得益于上個世紀的一些物理學家建立的量子力學。在日常生活當中，我要么在上海作報告，要么在北京作報告，我不可能同時在兩個地方講。這是經(jīng)典世界告訴我們的：我們某個時間只能在某個地方。但在量子世界，它是非常有意思的，比如作為一個微觀的客體，它不僅在這里，也可以在那里，同時在好多個地方。

微觀的客體在好多個地方同時存在，這是什么意思？我舉個例子。比如我從法蘭克福到北京講學，當時太累就睡著了。假設有兩條航線，一條從莫斯科過來，一條從新加坡過來。新加坡還非常溫暖，莫斯科已經(jīng)非常寒冷了。到了北京之后，我見到饒毅，他剛好到機場來接我。他說建偉，你是從哪條航線過來的？因為坐飛機的時候我睡著了，沒看我從哪一條航線過來，記得我當時醒來的時候，渾身是冷熱交加。可他說你肯定是發(fā)生了錯覺，你最好以后坐飛機的時候睜大眼睛，不要睡覺。那我就很老實地坐1萬次飛機，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，隨機的5000次我是渾身寒冷，5000次我是非常地溫暖。我就覺得非常放心了，就可以又睡覺了。但是我又做了1萬次實驗，我發(fā)現(xiàn)非常不幸的是，每次只要我睡著了，醒來的時候總是在打擺子，就是冷熱交加。

那為了解釋這樣的現(xiàn)象，在量子力學里面就說，第一，在某些特殊的情況下，如果說你沒在看這個客體到底是處于哪個位置的時候，在某些特定情況它可以同時處在兩個位置。第二個又告訴我們，就是量子客體的狀態(tài)，你只要輕輕地去觀測一下，對它的影響就不可逆轉(zhuǎn)了，而且是永久的、不可避免的、不可忽略的。

剛才雙南也講到，牛頓力學是一個非常美的理論。它告訴我們一旦一個粒子和這個體系的初始狀態(tài)是決定的話，那么所有粒子未來的運動狀態(tài)，根據(jù)F=ma這個方程我就可以預測出來了。如果我們?nèi)说乃械牧Ｗ佣际怯膳ｎD力學在控制的話，那么我們今天在這個地方開會、我們什么時候死、誰做生命學家、誰做物理學家，在宇宙大爆炸這個時候就已經(jīng)確定了。所以個人的努力是毫無意義的。

從這個角度上講，量子力學比我們經(jīng)典牛頓力學哲學，要更加積極一些。量子力學告訴我們個人的行為、我這個體系的測量是可以影響世界的。所以從哲學上講是非常積極的。具體來說，我們可以用粒子的狀態(tài)來加載0和1的信息。在一個經(jīng)典的世界，它只能處于上?；蛘弑本荒芴幱?或者1。到了微觀世界之后，我們可以同時處于0和1的狀態(tài)相干疊加。正因為有了這個相干疊加之后，新的定理就發(fā)生了。你若對這種狀態(tài)去測量，就會對這種狀態(tài)產(chǎn)生不可逆轉(zhuǎn)的影響。它本來是處于冷熱交加的，你一測它就變得冷或者熱了。這么一來，量子力學告訴我們，未知的狀態(tài)你是測不準的，這是量子不可克隆定理。

愛因斯坦不僅是相對論的建立者，同時也是量子力學建立者之一。他就非常不喜歡這樣一種不客觀的理論。因為他認為客觀世界是獨立于我們的意識而存在的。他說怎么可能你去測一下，結(jié)果對這個狀態(tài)會發(fā)生影響？

我畫的這只貓，就是所謂活活加死死這種狀態(tài)，它就屬于量子糾纏態(tài)。這是什么概念？比如說我到北京來，送給饒毅一個骰子，我事先做好了，他的這個骰子跟我這個骰子是糾纏態(tài)。然后我回到上海去了，我就跟他說，饒毅，你扔手中的那個骰子。他扔了好多次，把結(jié)果寫下來，每次都是隨機得到1到6里面的某一個點數(shù)。我就跟他說你第一次是多少，第二次是多少，我都可以猜得出來。這樣的現(xiàn)象，我們把它叫作遙遠地點之間的詭異互動。在2015年，這么一種現(xiàn)象基本在物理角度上被確證了，只剩一個很小的漏洞。這個是我們正在做的一個研究。

由此，我們說新的科學就誕生了?，F(xiàn)代的物理學為我們傳統(tǒng)的經(jīng)典信息科學已經(jīng)奠定了基礎。有了量子的0加1之后，一些新的東西就誕生了。例如，可以利用它來保證原理上的無條件的安全的通信。如果將來可以立法，我們可以利用這種手段，保證我們的隱私。利用這種量子計算手段，它可以算得非常地快，可以有效地揭示復雜物理體系的規(guī)律。就是說，可以把計算能力和信息安全的兩個問題都比較好地解決。

具體來說，比如說量子通信，我們可以用量子密鑰分發(fā)。因為它是不可復制的，你去測就會被發(fā)現(xiàn)。所以我們就可以有一種絕對安全的通訊方式。其實還有另外一種比較有意思的、利用這樣的量子糾纏的概念。因為時間關(guān)系，就只用圖來表示了。

比如說我在上海的航班延誤了，但要在幾分鐘之內(nèi)到北京，怎么辦？我坐飛機肯定不行了，但是如果說北京和上海之間我有兩團糾纏物質(zhì)的話，我可以對上海的這個潘建偉和旁邊這種糾纏物質(zhì)進行一種測量，把它都變成一個個糾纏粒子，那么你會得到一組數(shù)，通過這無線電臺可以把它發(fā)射到北京。到了北京之后，可以對這團物質(zhì)再做一種所謂的幺正變換，就可以用同樣多的物質(zhì)把它給重構(gòu)出來。這樣一種過程，我們就把它叫作量子世界的筋斗云。

當然，要傳送人、傳送比較復雜的客體，還需要比較長的時間。但是，這樣一種能力就保證了量子信息可以在網(wǎng)絡里面走來走去了，這樣就是多體多終端多自由度的量子隱形傳態(tài)，它能夠構(gòu)成一種分布式的量子信息處理的單元。其實我們所謂的計算機，也就是信息在這跑來跑去、處理的過程。如果利用這種過程，我們就可以來構(gòu)建所謂的量子計算。

因為時間關(guān)系，我只舉一個例子。比如說要求解一個10的24次方的變量的線性方程組，用目前最快的天河2號超級計算機大概需要100年左右的時間。而利用萬億次的量子計算機，盡管計算的頻率比天河2號要慢1萬倍，但它只需要0.01秒就可以把這個方程給求解出來。所以它可以廣泛地應用于藥物設計、金融分析、氣象預報、密碼分析等等，用途是比較大的。

當然，也可以直接用于對一些物理問題的研究。因為物理問題研究更加直接，它也需要有非常強大的計算能力。有了這些理論之后我們就可以利用量子通訊，來構(gòu)建一個非常好的天地一體化的網(wǎng)絡，有城域網(wǎng)、城際網(wǎng)，利用衛(wèi)星實現(xiàn)的這種廣域的量子通信，就可以比較好地來保證我們的網(wǎng)絡安全。

目前，我們正在做一些事情，比如說今年將開通北京到上海之間的一個量子保密通信“京滬干線”，今年還會發(fā)射一顆量子衛(wèi)星。量子衛(wèi)星除了做量子通訊之外，還可以來檢驗一下剛才所講到的遙遠地點之間的詭異互動。這是我們在量子通訊方面準備做的一些相關(guān)的事情。

另外在量子計算方面，其實我們覺得可能還需要一點路要走，但是已經(jīng)有一個比較好的目標了，大概會用10年左右的時間，我們能夠?qū)崿F(xiàn)50個量子比特的操縱，它對某些問題的計算能力大概可以達到天河2號的數(shù)千倍左右。

我覺得，量子計算在不久的將來能夠成為現(xiàn)實，所以總體上來講，我們希望通過對量子通信、量子計算的研究，能夠為我們未來的互聯(lián)網(wǎng)，或者我們?nèi)祟惖陌l(fā)展，提供一種更加有效和更加安全的信息交互方式。

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