本文为华裔科学家张首晟今年3月25日在IT领袖峰会上的演讲

以下是张首晟教授演讲全文：

我想讲的三个题目是「量子计算」、「人工智能」与「区块链」，我认为这是在整个IT行业中基础科技里最重要的三个模块。我一开始先讲量子计算，跟大家分享一个科学发现的故事。

1、量子计算

很多比较有意思的科学发现都跟哲学观念的改变有所关联，最根深蒂固的哲学观念就是中华民族的古老哲学上已经体现出来，好像世界是从来都是正负对立的世界观，「有正数必有负数，有存款必有贷款，有阴必有阳，有善必有恶，有天使必有魔鬼」。所以这种对立的世界观在基本粒子的物理世界里面也有一种呈现。

曾经有一位非常伟大的理论物理学家狄拉克，他跟爱因斯坦、杨振宁是我认为20世纪做出最伟大贡献的三位物理学家，他把爱因斯坦的狭义相对论和量子力学统一起来，在统一的过程中他要做一个非常简单的数学运算，就是开一个根号。

在开根号的时候始终会出现正负两个解，一般人可能只关心正解，不关心负解。但是狄拉克很聪明，他把负解解释成所有的粒子必然有反粒子。这些本来是负能的解，大家觉得非常奇怪，为什么粒子可能有负能，他就把负能的解释为所有的基本粒子有粒子必然有反粒子。

他当时这个是非常惊人的预言，年的时候并没有发现有反粒子的现象，大家都对他提出非常大的质疑，说他这个方程肯定不对，在世界上肯定没有看到反粒子。他说我的方程实在是太美了，你们继续去寻找。

过了5年，他也是非常幸运，果然在宇宙辐射的射线里面，大家找到了电子的反粒子，就是正粒子，命名为狄拉克海。从此之后基本粒子物理了有质子找到了反质子，有中子也找到了反中子。比如正电子对生活当中医疗领域里面已经有广泛的应用，有一种医疗测试叫PET，就是用正电子的产生，和正电子和负电子可以成像，比如我们要测阿兹海默症，最好的办法就是做PET。

最近好莱坞对科学前沿发展非常感兴趣，所以有些好莱坞大片都是跟科学发现有关。大家可能都看过一个电影叫《达芬奇密码》，有一个系列片叫《天使与魔鬼》，讲的就是有天使必然有魔鬼，有粒子必然有反粒子。恐怖分子到欧洲的实验加速器里面偷出来一百万分之一克的反粒子就可以做成炸弹，它的威力相当于4吨TNT的威力，这是人类能量储存密度最高的办法。

但是科学的发展，今天中国对科学发展非常关心，可能大家会问我科学发展最大的驱动力是什么？

我会毫无疑问地回答这是一种好奇心的驱动。这些理论物理学家，像牛顿就是在苹果树底下哪一天苹果掉下来激发了他的灵感，万有引力就发现了。爱因斯坦在坐电梯的时候感觉到电梯的上下和引力的作用非常相似，由此创造了伟大的广义相对论。

当时狄拉克成为非常有名的理论物理学家，并且大家都非常坚信在世界上有粒子，必然有反粒子。

但是出来另外一位理论物理学家他完全出于好奇心，他问世界上会不会有一些粒子并没有反粒子？他果然有找到了一个方程，现在叫Majorana方程，这个方程也是奇妙地描写了有一种粒子没有反粒子，或者它自己就是自己的反粒子。

他的文章发表之后没人理他，因为所有的反粒子都找到了，所以他没有像狄拉克那么幸运，他也感到自己的人生非常失落，在意大利的一个港口城市上了渡轮，本来想去西西里岛，但是他从来没有下过。这个就成了整个物理学的两个大迷，一个是粒子有没有存在，我们称它为Majorana费米子，它是没有反粒子，只有它自己一种或者它自己就是自己的反粒子。另外就是Majorana本人也是非常大的迷，他好像泄露天机之后就被天使叫去了。

在整个物理学界有一个梦寐以求的名单，大家都想梦寐以求地寻找，大家可能听说过有一个粒子叫上帝粒子，年在欧洲的加速器被找到，预言它的那位物理学家希格斯也得了诺奖。

我们前年找到了引力波，也是爱因斯坦年前预言的现象。另外我们也想找磁单级等。在这份梦寐以求的名单中，Majorana费米子的确是大家梦寐以求的名单，但整整找了80年。

我是做理论工作的，我现在经常要接待很多国内的访问团来到斯坦福大学，都说张教授我想参观一下你的实验室，我会告诉大家我的实验室就是一张纸和一根笔，但是我非常自豪。理论物理学家会作出预言，让实验物理学家来测试。

我的实验小组在年的时候就预言了在哪个系统里面会找到这样一个神奇的粒子，我们预言在这么一个组合型的器件里面可以找到Majorana费米子。就是找到也没有用，就是系统有也不是完全有用，一定要告诉我们怎样是一个信号真正说明这种神奇粒子的存在。任何一个例子，没有人可以肉眼观测到，我们总是要找到一个信号，什么信号能够证明这种粒子的存在，也要进一步的灵感。

有一天，我想既然基本的粒子有两种，有正面有反面，就像硬币有正面有反面，但是Majorana粒子只有一面，没有反面，所以在某种意义上它是通常粒子的一半。

但是通常粒子在电导是台阶性的量子化，要不是0，要不是1，要不是2等等。所以我们理论小组做了大胆的预言，既然Majorana粒子跟通常粒子不一样，所以在某种意义上它只是通常粒子的一半。所以它的电导率，通常的粒子电导率是0、1、2、3整数倍的，它必然会导致半整数倍的电导台阶。大家在这个图上可以看到，通常有0和1，这是我们一张理论预言的图，它会有0.5或1/2的台阶。

后来我们理论小组就和实验小组做了一个紧密的合作，实验小组来自UCLA、UCDavisUCIrvine，他们就做了这么一个实验观察，的确在0.5的地方，大家可以看到的确是实验的原始图案，在0.5的地方出现了台阶，铁证如山地证明了Majorana粒米子的存在。

在这个激动人心的时刻，去年7月份的时候，我们准备向全世界宣布这个激动人心的发现，我又来了一个灵感，想到当时有天使必然有魔鬼，好像我们找到了一个世界只有天使没有魔鬼，只有正没有负，所以我们取名为“天使粒子”，大家非常喜欢这个名字。

两周以前，在美国物理学会召开了一个每年最大的会议，邀请我作一个主题报告，就是在引力波发现的第二个我作了“天使粒子”发现的报告，差不多有好几千人参加，大家觉得是物理学里面非常振奋人心的发现。

但是这跟IT峰会有什么关系？IT峰会最关心的是计算机，计算机已经分成两类了，有经典计算机和量子计算机。有些问题经典计算机就很容易解决，比如把两个大的数乘起来，经典计算机可以算得很快。

但是一个数看能不能拆成另外两个数的乘积，比如15可以写成3乘以5，这个数比较小的话你自己也可以算出来。但是给你一个很大的数，经典的计算机要算这个数到底是不是两个数的乘积需要花很长的时间，因为它用的算法是穷举法，把所有可能被除的数一个个除过来，最后才能确认这到底是不是两个数的乘积，经典计算机算起来非常慢。

今天人工智能要做的事情，整个人类所有计算的事情最终能转化为优化的问题，很多的可能性，我们要找到最佳的可能性，经典计算机只能用穷举法，最后才算出一个答案。但是量子世界是非常神奇的世界，是平行的世界。

比如一个著名的试验，如果我放出一个粒子，比如光子，它有两个孔，要不是左边，要不是右边。比如我打一个炮弹过去的话，要不就是从左边穿过，要不就是从右边穿过，不可能同一个时间既穿过左边，又穿过右边。

但是量子世界有一种本真的平行在里面，一个基本粒子在某一个瞬间同时穿过了两个孔，只有这种行为才能解释在后面形成的干扰条纹。假定要么是左，要么是右的话，看起来的图像就不是这个显示的图像。量子的世界本身就是平行的。如果用量子世界来做计算的话就能够秒算，把所有的可能性一下子算出来，因为量子世界有它本真的平行性，这是量子计算最基本的概念。

但是要真正造出这个量子计算机是非常困难的，比如最基本的单位，经典计算机最基本的单位是比特，就是信息要不是0就是1，用0、1就能够表达所有的信息，这是经典计算机的概念。但是在量子世界里面，一个粒子同时穿过左孔，又穿过右孔，处在某一种叠加的状态。

一个量子比特讲不请是0还是1，它是处在0和1叠加的状态里面。大家听一个比喻，薛定谔猫就处在死和活的叠加状态里面。这是一种非常奇妙的现象。

但是由于这种基本的现象，说明一个量子的比特本身是不太稳定的，你去观察一下周围就知道它要不就是在左边，要不就是在右边，要不是0，要不就是1，任何一个噪声就会对量子比特产生很大的干扰。

最近量子计算机成为全球和美国著名公司特别

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