美國(guó)國(guó)家科學(xué)院院士張首晟：人工智能的三大發(fā)展支柱

　　6月21日上午，斯坦福大學(xué)物理教授、美國(guó)國(guó)家科學(xué)院院士張首晟就《AI 的三大發(fā)展支柱》為題發(fā)表了演講。

　　張首晟受聘于斯坦福大學(xué)物理系。主要研究凝聚態(tài)物理，重點(diǎn)是拓?fù)浣^緣體，在高溫超導(dǎo)、量子霍爾效應(yīng)、自旋電子學(xué)、強(qiáng)關(guān)聯(lián)電子系統(tǒng)等研究方向上取得大量國(guó)際一流研究成果。

　　整理了現(xiàn)場(chǎng)速記，并做了不改動(dòng)原意的整理與編輯。以下為演講內(nèi)容：

　　大家上午好!我非常榮幸今天有機(jī)會(huì)來跟大家分享，我作為斯坦福的教授，也是丹華資本的創(chuàng)始人，我們?cè)谌斯ぶ悄茴I(lǐng)域做了很多的投資，今天想跟大家分享的是我關(guān)于人工智能三大支柱的理解和展望。

　　人工智能的確是來到了一個(gè)非常激動(dòng)人心的時(shí)代，因?yàn)槲覀內(nèi)祟愒诘厍蛏厦孢M(jìn)化、演化已經(jīng)差不多有 10 萬年，我們?cè)谶^去的 10 萬年當(dāng)中，一直是地球上最最有智慧的一種物種，但是現(xiàn)在我們卻碰到了挑戰(zhàn)，前面幾位嘉賓都已經(jīng)提到，說不定接下來會(huì)有一個(gè)新的物種產(chǎn)生，它是對(duì)我們整個(gè)人類在智能上，在地球上領(lǐng)導(dǎo)地位的挑戰(zhàn)。

　　人工智能之所以能夠發(fā)展到今天的地步，主要也是在于三個(gè)大趨勢(shì)的匯集。一個(gè)是最最根本的信息社會(huì)的定律，就是摩爾定律，也就是我們的計(jì)算能力，在過去的五六十年里面每過十八個(gè)月就翻一次倍?，F(xiàn)在人工智能能不能走到下一個(gè)臺(tái)階，關(guān)鍵要看摩爾定理是不是能繼續(xù)往前推進(jìn)。我作為一個(gè)物理學(xué)家，我對(duì)摩爾定律的看法想在這里分享。

　　人工智能是由于大數(shù)據(jù)的產(chǎn)生，尤其是互聯(lián)網(wǎng)的產(chǎn)生，中國(guó)有 BAT，美國(guó)有硅谷和臉書，產(chǎn)生了大量數(shù)據(jù)提供給機(jī)器學(xué)習(xí)。另外還有一個(gè)重要的方面，就是算法的推進(jìn)，這三大支柱是使人工智能往前推進(jìn)的根本原理。

　　但是我覺得最根本的一點(diǎn)，就是摩爾定律是不是能夠繼續(xù)往前推進(jìn)。在過去五六十年里面，每過十八個(gè)月計(jì)算能力都會(huì)翻一次倍，這是非常驚人的發(fā)展趨勢(shì)。在過去五六十年，自從集成電路發(fā)展之后，一直按照摩爾定律的方向推進(jìn)。但是現(xiàn)在有一個(gè)危機(jī)的產(chǎn)生。主要是我們平時(shí)都在講信息的高速公路，但是到了芯片的頂層沒有信息高速公路。在云計(jì)算的機(jī)房里面需要很多電，這些電在頂層運(yùn)算中變成了一種熱能，使得熱能不能繼續(xù)散發(fā)出來，半導(dǎo)體集成度就不能往下集成，但是最基本的原理是電子在芯片層次，它的運(yùn)用是雜亂無章的，電子和電子之間有相互作用，電子和周圍的雜質(zhì)有相互作用，在碰撞過程中使得本來的電變成了無用的熱能，這樣繼續(xù)下去的話，散發(fā)出來的熱能也是翻一次倍。

　　我們提出了一個(gè)全新的設(shè)想，就是使得在芯片的層次，電子能夠像高速公路一樣運(yùn)行，使得能夠各行其道，而互不干擾。這是我們一次很大的危機(jī)，但是也是一個(gè)機(jī)會(huì)，摩爾定律發(fā)現(xiàn)的「?！挂彩且粋€(gè)很大的機(jī)會(huì)，每個(gè)城市都在想能不能成為下一個(gè)硅谷，但是成為下一個(gè)硅谷怎么抓住一個(gè)新的特殊機(jī)會(huì)，摩爾定律所碰到的「?！故俏覀兘裉焖鶐淼臋C(jī)會(huì)。

　　我的科學(xué)研究發(fā)現(xiàn)了一個(gè)非常神奇的量子現(xiàn)象，使得電子在芯片層次能夠有自選軌道和達(dá)成的各分其道，互不干擾的高速公路運(yùn)轉(zhuǎn)的方法，使得電子能夠在芯片層次幾乎沒有能耗的在運(yùn)動(dòng)。這樣騰訊今后的云計(jì)算可能就不需要花那么大的電，也不需要那么多智能的設(shè)備。如果要把這個(gè)領(lǐng)域繼續(xù)往前推進(jìn)的話，對(duì)材料學(xué)也帶來了很大的挑戰(zhàn)，最近理論上預(yù)言和推出了一個(gè)新的材料，有點(diǎn)像石墨烯，就是原子來取代，在單原子運(yùn)轉(zhuǎn)的層次下電子能夠像高速公路上互不干擾，各行其道。

　　今天之所以能夠取得這個(gè)成就，也是一種跨界的思維。我們把數(shù)學(xué)里面一個(gè)非常高大上的改道，叫拓?fù)涓拍钸\(yùn)用到上面，使得我們能夠真正達(dá)到電子在芯片層次的高速公路的運(yùn)轉(zhuǎn)。這次比較驚人的發(fā)現(xiàn)是因?yàn)樗械牟牧显谶^去人類幾十萬年的發(fā)展過程當(dāng)中，每一個(gè)劃時(shí)代的人類的文明的歷史，都是以一種材料來命名的，比如說舊石器時(shí)代、新石器時(shí)代、青銅器時(shí)代、鐵器時(shí)代、硅片時(shí)代，但是過去所有的材料都是在實(shí)驗(yàn)偶然的條件下才發(fā)現(xiàn)的，我們這次卻是在理論上首先預(yù)言了這種材料形成的可能性，并且后來在實(shí)驗(yàn)室實(shí)現(xiàn)。

　　現(xiàn)在發(fā)現(xiàn)人類對(duì)材料的認(rèn)知已經(jīng)達(dá)到了下一個(gè)層次，這些材料最終會(huì)給云計(jì)算帶來怎么樣的革命呢?剛才 Michael Jordan 先生也談到了，計(jì)算機(jī)做有些問題可以做得很好，但是做另外一些問題卻做得非常慢，比如說你給很大的兩個(gè)數(shù)把它乘起來，經(jīng)典的計(jì)算機(jī)可以做得很快，但是我給你一個(gè)大數(shù)，你要把它拆成兩個(gè)數(shù)的乘積，這個(gè)計(jì)算機(jī)算得非常難，它只能用窮舉法來看這個(gè)數(shù)能不能被 2 除、被 3 除、被 5 除、被 7 除，這樣把它窮舉一遍，這個(gè)過程非常慢。

　　但是大自然有一個(gè)非常神奇的完美的世界，這就是所謂的量子世界，量子世界有一個(gè)非常奇妙的現(xiàn)象，比如說有一個(gè)基本粒子，它要通過兩個(gè)孔，在孔的背后形成一個(gè)干擾的條紋，一個(gè)經(jīng)典的粒子要不從左邊穿過，要不從右邊穿過，但是量子的粒子同時(shí)穿過兩個(gè)孔，這是非常神奇的一個(gè)量子的世界，這就說明量子世界有一種平行性，我們可以用這種量子的平行性來做一個(gè)計(jì)算，所以一旦形成了那個(gè)量子計(jì)算機(jī)的話，它等于用了量子的平行性，一下窮舉了所有的可能性，所以這是一個(gè)非常值得我們追求的，一個(gè)完美的量子的世界，

　　最近我又有一個(gè)非常重大的科學(xué)發(fā)現(xiàn)，本來量子計(jì)算機(jī)碰到的最大的問題就是量子的比特容易受到周圍環(huán)境的影響，我們提出一個(gè)完全新的設(shè)想，把一個(gè)量子比特看作是一個(gè)最小的單位，我們把它拆成兩半，遠(yuǎn)遠(yuǎn)的放在遠(yuǎn)處，周圍的環(huán)境相互影響，不可能同時(shí)朝一個(gè)方向影響，所以不可能把這個(gè)量子比特摧毀。大家認(rèn)為量子計(jì)算機(jī)可能是今后 50 年才能產(chǎn)生，但是也許有我們這個(gè)科學(xué)發(fā)展，真正能夠把量子計(jì)算推到應(yīng)用的場(chǎng)景。

　　接下來我想跟大家分享一下我對(duì)人工智能的看法。我先給大家做一個(gè)比喻，比如說我們?nèi)祟惪吹进B飛的時(shí)候，我們就覺得非常的神奇，我們也想學(xué)鳥飛，我們一開始想飛的辦法就是模仿，也是一種仿生學(xué)，就是我們?cè)谑直凵辖墐蓚€(gè)翅膀，就想自己能飛起來，這是一個(gè)簡(jiǎn)單的仿生，但是后來我們真正理解了飛行的科學(xué)原理，就是物理學(xué)的一個(gè)最根本的流體力學(xué)，這樣一旦有了流體力學(xué)的理論基礎(chǔ)的理解，使得我們可以設(shè)計(jì)出來的飛機(jī)，它是非得遠(yuǎn)遠(yuǎn)比鳥好，但是它并不一定像鳥，所以這個(gè)飛機(jī)真正是由于我們理論的基礎(chǔ)的理解，真正推動(dòng)了它的發(fā)展，而不是簡(jiǎn)單的仿生。

　　在這個(gè)意義下，我覺得人工智能現(xiàn)在正是處在一個(gè)比較簡(jiǎn)單的仿生的階段，我們還是用一個(gè)神經(jīng)元簡(jiǎn)單地在模仿一個(gè)大腦，我認(rèn)為人工智能下一步一個(gè)大的發(fā)展，就像從看到鳥飛變成飛機(jī)，我們一定在理論的基礎(chǔ)上，徹底理解智能的理論基礎(chǔ)是什么，一旦理解之后，我們就能夠做出一些非常神奇的新技術(shù)。

　　我除了在斯坦福大學(xué)做教授之外，我也在做科技領(lǐng)域的投資，尤其在美國(guó)的高校，大家知道可能在人工智能領(lǐng)域里面，無人駕駛是一個(gè)很偉大的目標(biāo)，但是大家在做無人駕駛的時(shí)候，還是在簡(jiǎn)單地模仿谷歌所創(chuàng)造的科技的路線，它需要一個(gè)高清的三維地圖，又需要一個(gè)激光雷達(dá)。我認(rèn)為這是完全沒有必要的，我們可以問一個(gè)簡(jiǎn)單的問題，因?yàn)槿艘部梢蚤_車，人開車的時(shí)候不需要高性的三維地圖，人的腦子上也不會(huì)發(fā)出激光雷達(dá)。所以我們投了一家公司，是一個(gè)非常有名的普林斯頓大學(xué)的教授研發(fā)的，他用一個(gè)普通的設(shè)備裝在車上，不需要激光雷達(dá)和三維地圖就可以實(shí)現(xiàn)無人駕駛，這是真正革命性的。我們要用科學(xué)的眼光來看人工智能的前沿，我們要看到我們投的技術(shù)路線一定要有可擴(kuò)展性，因?yàn)榧す饫走_(dá)和高清三維地圖都是不可擴(kuò)展的，人不需要這些，所以原則上計(jì)算機(jī)視覺達(dá)到一定程度以后，可以實(shí)現(xiàn)這個(gè)場(chǎng)景。

　　我講了人工智能需要非常優(yōu)秀的算法，也需要把摩爾定律繼續(xù)往前推進(jìn)，我們?cè)谶@兩個(gè)領(lǐng)域里面都有所貢獻(xiàn)。但是人工智能最需要的還是大數(shù)據(jù)，現(xiàn)在我們?cè)诮鹑?、教育、健康領(lǐng)域都需要有大數(shù)據(jù)的產(chǎn)生，但是現(xiàn)在不可能有一個(gè)非常好的大數(shù)據(jù)的市場(chǎng)的產(chǎn)生，因?yàn)橛行┤藫碛羞@個(gè)數(shù)據(jù)，但是數(shù)據(jù)有它的隱私性，尤其是在金融、健康方面。但是我們又有很好的人工智能的算法，所以在通常的環(huán)境下，它不可能有很好的市場(chǎng)使得數(shù)據(jù)的提供者和數(shù)據(jù)的分析者，能夠在這個(gè)市場(chǎng)上徹底解決隱私問題情況下來解決這個(gè)問題。

　　在算法上最近學(xué)術(shù)界有一個(gè)重大的發(fā)明，它的英文名字叫 Homomorphic encryption，中文叫同態(tài)加密，我們可以在加密的數(shù)據(jù)上做一個(gè)運(yùn)算，這樣有解析能力的不一定要懂得這個(gè)數(shù)據(jù)的本身，提供數(shù)據(jù)的人雖然沒解析能力，他的隱私卻得到了保護(hù)，我覺得需要有這樣的技術(shù)。我覺得一定要用技術(shù)的方法，而不是用法律的辦法，真正來解決個(gè)人隱私的問題，才能使我們數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)一個(gè)大市場(chǎng)，大數(shù)據(jù)一定要有大市場(chǎng)，大市場(chǎng)一定要有技術(shù)的路線來真正保護(hù)我們這個(gè)領(lǐng)域。

　　前面各位也都談了人工智能哪一天能真正超過人，有各種不同的說法，前面 Michael Jordan 教授也提了，比如說對(duì)自然語言的理解。但是自然語言到底是人類的一種語言，我們用計(jì)算機(jī)來衡量，就像我們衡量飛機(jī)比鳥飛得好，并不是因?yàn)轱w機(jī)像鳥，而是它在機(jī)器學(xué)習(xí)上比鳥好，我們要找到一個(gè)判據(jù)，在哪一天真正說明人工智能已經(jīng)超過人了。今天我給他們提出一個(gè)設(shè)想，怎么樣衡量人工智能超過人。因?yàn)榇笞匀坏氖澜缡且粋€(gè)客觀的世界，人類之所以今天有科技的發(fā)展，因?yàn)槲覀兪前l(fā)現(xiàn)了這些科學(xué)的定律，比如說愛因斯坦寫下了 1=MC2，愛因斯坦是一個(gè)人，哪一天機(jī)器能夠?qū)懗鲆粋€(gè)全新的發(fā)現(xiàn)，能夠正在人的前方，比如說它預(yù)言了一個(gè)引力波的現(xiàn)象，我們證明計(jì)算機(jī)的確是對(duì)的，而且超過人，這一天才是人工智能真正的到來。但是這是一個(gè)非常偉大的前景，我覺得那一天也并不遠(yuǎn)，我覺得在今后 10 年、20 年里面，我們就可以發(fā)現(xiàn)在人工智能方面，就能發(fā)現(xiàn)一個(gè)新的科學(xué)的定理，我們會(huì)覺得這個(gè)機(jī)器的發(fā)現(xiàn)，有點(diǎn)像我們崇拜愛因斯坦的發(fā)現(xiàn)一樣，來崇拜人工智能這個(gè)科學(xué)的發(fā)現(xiàn)。

　　另外我想提一個(gè)人工智能會(huì)非常令人激動(dòng)的領(lǐng)域，這個(gè)領(lǐng)域的發(fā)展必須要學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界有非常緊密的聯(lián)合。今天我們來參加騰訊的云計(jì)算峰會(huì)，我們覺得非常榮幸，今天下午我們會(huì)聽到很多業(yè)界關(guān)于人工智能的探討，但是上午請(qǐng)了 Michael Jordan 教授和我，人工智能過去的發(fā)展就是由于業(yè)界和學(xué)術(shù)界非常緊密的聯(lián)合，我個(gè)人在斯坦福大學(xué)做教授，其實(shí)我對(duì)云計(jì)算也做了一個(gè)小小的貢獻(xiàn)，我當(dāng)年作為一個(gè)天使投資人，就投資了一家云計(jì)算的公司，整個(gè)云計(jì)算的核心技術(shù)就是由這家公司提供的。這是一個(gè)非常激動(dòng)人心的時(shí)代，我們需要討論怎么樣用一個(gè)新的機(jī)制，使得學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界能夠進(jìn)行更加緊密的合作。

　　在今天這個(gè)時(shí)代，人工智能給我們帶來了很大的想象空間，人工智能作為一個(gè)新的智能物種的崛起和中國(guó)的崛起差不多同時(shí)發(fā)生，學(xué)術(shù)界需要做出大的貢獻(xiàn)，我作為學(xué)術(shù)界的代表，非常榮幸來到騰訊的大會(huì)，希望我們?cè)谶@個(gè)碰撞中也產(chǎn)生新的火花，謝謝大家。