專家檔案：張首晟，中國科學(xué)院外籍院士、美國科學(xué)院院士、丹華資本創(chuàng)始人、斯坦福大學(xué)終身教授。2007年，他發(fā)現(xiàn)的“量子自旋霍爾效應(yīng)”被《科學(xué)》雜志評為當(dāng)年的“全球十大重要科學(xué)突破”之一。基于對拓?fù)浣^緣體和量子自旋霍爾效應(yīng)的開創(chuàng)性研究，他已包攬物理界所有重量級獎項(xiàng)。

下文是筆者編輯整理的一篇張首晟先生近日在“安全·贏未來”2018區(qū)塊鏈安全高峰論壇上的演講，希望能給讀者帶來啟發(fā)。

量子計(jì)算與區(qū)塊鏈在矛盾中發(fā)展、共存

區(qū)塊鏈?zhǔn)俏乙恢狈浅８信d趣的題目，我今天想講的正是量子計(jì)算、AI與區(qū)塊鏈。

三星期之前，給整個谷歌全體員工做了類似的演講。現(xiàn)在來看，我們整個IT行業(yè)讓我總結(jié)一下的話，這三個是我們最最前沿和激動人心發(fā)展的前景，而且三者之間相互的關(guān)聯(lián)才是非常值得大家關(guān)注的。

比如量子計(jì)算和區(qū)塊鏈必然是在矛盾中發(fā)展的過程，量子計(jì)算和網(wǎng)絡(luò)安全也是非常緊密的關(guān)系。我個人在量子計(jì)算領(lǐng)域做了一些工作，我簡單介紹一下。

我最近做的科學(xué)發(fā)現(xiàn)叫天使粒子，往往一些科學(xué)發(fā)現(xiàn)都跟深刻的哲學(xué)理念相關(guān)。我們似乎生活在對立的世界里，有正數(shù)必然有負(fù)數(shù)，有存款必有負(fù)債，有陰必有陽，有善必有惡，有天使必有惡魔。這在基本物理世界里有個同樣的對應(yīng)，那就是在1928年的時候，一位偉大的物理學(xué)家狄拉克，根據(jù)哲學(xué)的原因把愛因斯坦狹義相對論和量子力學(xué)統(tǒng)一的時候發(fā)現(xiàn)了著名的狄拉克方程。

狄拉克方程預(yù)言的是，在自然界所有粒子必然有反粒子，但是當(dāng)時世界根本不知道什么是反粒子，所以大家都嘲笑他，說他這個結(jié)論不對。他講了一句話，他說我的方程太美麗了，你們繼續(xù)找下去吧。

五年之后，大家在宇宙射線輻射的時候找到了反粒子。正電子在日常當(dāng)中被應(yīng)用，比如醫(yī)學(xué)檢測其中有一項(xiàng)是PET，就是電子的反粒子，叫正電子。

反粒子的存在不只是在真正的生活中有所應(yīng)用，也給好萊塢帶來廣泛的想象。大家可能都看過一部電影叫《達(dá)芬奇密碼》，后續(xù)的一部叫《天使與魔鬼》，就是說正電子和負(fù)電子、正粒子和反粒子之間的淹沒有點(diǎn)像天使和魔鬼的爭斗。電影里講了一幫恐怖分子想把反粒子偷出來，他們用了100萬分之一克反粒子爆炸后產(chǎn)生的能量，相當(dāng)于5噸的TNT。

大家認(rèn)為這是宇宙永恒不變的真理，有粒子必然有反粒子。有一位物理學(xué)家很好奇，是意大利的科學(xué)家Majorana，整整80年以前做了完全新的猜想——有一種粒子存在，并沒有反面，他就是反粒子。

從此之后在整個物理學(xué)界有一個大家夢寐以求的名單，大家想找到這些粒子。比如2012年在歐洲粒子加速中心，一個長期被期待和預(yù)言的粒子被發(fā)現(xiàn)，叫希格斯粒子。這是物理學(xué)界重大的發(fā)現(xiàn)，后來過了幾年就獲得了諾獎。

我們夢寐以求的名單當(dāng)中也有引力子、瓷單極、暗物質(zhì)和Majorana費(fèi)米子，而Majorana費(fèi)米子和別的夢寐以求的名單中的粒子不一樣，除了粒子本身非常奇妙使得大家夢寐以求想尋找之外，意大利人Majorana本人也非常神秘。寫下這篇文章之后沒有幾個月，他就到了一個港口上了船，本來想去細(xì)細(xì)里島，但是再也沒有出現(xiàn)。這成為整整80年的迷，他的粒子是不是存在，他本人到底發(fā)生了什么？

2010—2015年期間，我的理論小組精準(zhǔn)的告訴大家，在過去80年之內(nèi)大家都找不到這個粒子，Majorana只是一個猜想，說不定自然界存在這種粒子，但是并沒有告訴大家去哪兒尋找，就像他本人一樣神秘。但是在2010年，我的理論小組精準(zhǔn)預(yù)言了在哪個實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，并且用什么樣的信號可以找到Majorana費(fèi)米子。

往往一些比較深刻的科學(xué)發(fā)現(xiàn)用最簡單的語言可以解釋得通，比如通常的粒子就像硬幣，有正面有反面，但是這個Majorana費(fèi)米子只有一面，沒有反面。所以某種意義上Majorana費(fèi)米子是通常粒子的一半，如果是通常粒子的一半，在某些性質(zhì)上也會有所體現(xiàn)。

那么，通常粒子在電導(dǎo)過程中的量子化要么是0，要么是1，要么是2，都是整數(shù)的臺階。我們理論小組大膽的預(yù)言了，如果有這種天使粒子存在，就會導(dǎo)致半整數(shù)的平臺。就在去年，我記得是7月份，我們的理論小組在斯坦福和UCLA、UC Davis UC lrvine緊密合作，真正是在實(shí)驗(yàn)條件下首次在0.5的地方發(fā)現(xiàn)，也是提供了天使粒子存在的最強(qiáng)有力的證據(jù)。

在那個激動人心的時代，我們做科學(xué)家的樂趣是追求夢想，但是作為科學(xué)家也是會有非常獨(dú)特的喜樂——就像我們生了自己的孩子一樣，可以給孩子取名字，我們作為科學(xué)家有重大科學(xué)發(fā)現(xiàn)，也可以給發(fā)現(xiàn)的粒子或者概念取名字。當(dāng)時我就想起我當(dāng)年非常喜歡看這本小說，也很喜歡看這個電影《天使與魔鬼》，所以向媒體界宣布這么一個消息，我們找到了一個絕妙的天堂，那里只有天使沒有魔鬼。

但是這個跟我想說的有什么關(guān)系？就是整個網(wǎng)絡(luò)安全和非常神秘的天使粒子的發(fā)現(xiàn)到底有什么關(guān)系？今天網(wǎng)絡(luò)上所有安全的協(xié)議都是建筑在最基本的數(shù)論概念上，比如今天在網(wǎng)站上看新聞，我們仔細(xì)看上面的標(biāo)題寫的是HTTP，但是如果要去淘寶網(wǎng)買東西，馬上就會變成HTTPS，這個S就是我們今天講的安全。

這個安全是建筑在什么算法上呢？就是建筑在RSA的算法，RSA算法跟安全什么關(guān)系？它是特殊的加密辦法，是建筑在數(shù)論的基本概念上，如果我們?nèi)∪魏我粋€自然數(shù)，比如我們看15和11差別在哪？大家顯然知道，15可以寫成3×5，但是11寫不成兩個數(shù)的乘積，最多只能寫成1×11，這不算。這種特殊情況不算的話，就是15和11有本質(zhì)的差別。我如果告訴你一個很大很大的數(shù)，你很難區(qū)別到底是術(shù)數(shù)還是復(fù)合數(shù)，是兩個更小的術(shù)數(shù)的乘積，還是它自己本身是一個術(shù)數(shù)。所以整個網(wǎng)絡(luò)的安全就是在建筑這么一個數(shù)學(xué)原理上，這種判斷非常耗時間。

如果我們把它看成數(shù)學(xué)問題，經(jīng)典的計(jì)算機(jī)只能用窮取法找到這個數(shù)是術(shù)數(shù)還是復(fù)合數(shù)，比如把這個數(shù)先除2再除3等等，看被整除時才知道，所以經(jīng)典計(jì)算機(jī)做很多計(jì)算都是一步一步的，用窮盡法用很多時間。

但是如果來到量子的世界里，這是一個非常神奇的世界——一個粒子可以在同一時間穿過兩個孔，所以量子的世界是平行的。而如果建筑在這個原理上，能不能構(gòu)成新的量子計(jì)算機(jī)？

經(jīng)典的計(jì)算機(jī)最基本的信息存儲單位叫1比特，這個比特要么是0要么是1，但是量子世界如果一個基本粒子同一時間能夠同時穿過兩個孔，我們這個量子比特也可以成為0和1之間疊加的狀態(tài)。

一旦能夠達(dá)到這種狀態(tài)我們就能有量子計(jì)算機(jī)，有了量子計(jì)算機(jī)就可以把本來需要很長時間才能做得出來的數(shù)論題很快地做出來。但是量子比特非常非常脆弱，為什么量子計(jì)算機(jī)人人都在講，但是我們用的數(shù)論協(xié)議還是安全，主要是量子計(jì)算機(jī)非常難造出來。現(xiàn)在美國的大公司都在大力的投資要造量子計(jì)算機(jī)，就是希望達(dá)到這種平行計(jì)算的可能，但是由于量子比特非常非常的脆弱，大家現(xiàn)在還沒有真正把量子計(jì)算機(jī)有效地造出來。

我的科學(xué)發(fā)現(xiàn)是天使粒子的發(fā)現(xiàn)，就是在核心上改變了這個問題。通常的量子計(jì)算機(jī)如果有一個量子比特需要10—20個糾錯的量子比特為他服務(wù)，顯然沒有拓展性，如果有一天我號稱自己造了50個量子比特而其中可能只有兩個可以用，但是有了天使粒子發(fā)現(xiàn)之后是非常奇妙的，每個量子比特就不需要另外再糾錯，因?yàn)樗詭Ъm錯的功能，所以我們這個是非常轟動的發(fā)現(xiàn)。因此，通過這個發(fā)現(xiàn)可能整個量子計(jì)算機(jī)的步伐會快速的往前進(jìn)行。

在這個之后我們再談到第二個題目就是AI。

AI會為區(qū)塊鏈技術(shù)安全方面帶來重大影響

我們?nèi)祟愡M(jìn)化了差不多10萬年，現(xiàn)在終于有一個新的可能的智力的產(chǎn)生。在過去的10萬年人類顯然是整個地球上最聰明、最有資歷的動物。但是現(xiàn)在AI的產(chǎn)生好像對我們自己的智力也有一個挑戰(zhàn)，AI之所以在今天這個世界會有突飛猛進(jìn)的發(fā)展，主要有幾個原因：

第一，計(jì)算能力按照摩爾定律每過18個月翻一倍，我們量子計(jì)算機(jī)發(fā)明之后這個不僅是量變，而且是質(zhì)變。

第二，海量數(shù)據(jù)產(chǎn)生，而且有非常精妙算法的產(chǎn)生。現(xiàn)在整個人類的AI發(fā)展似乎還是在非常簡單的仿生的階段，如果做一個比喻，我們?nèi)祟惪吹进B飛帶來了很大的靈感，我們想自己能不能像鳥一樣飛，所以我們首先想到的是在自己手臂上放兩個翅膀，這個結(jié)果當(dāng)然不太好，但是最終我們理解了后面的數(shù)學(xué)原理，就是空氣動力學(xué)，使得我們造出大飛機(jī)，飛得又高又快，但是并不一定像鳥一樣飛，這是給我們很大的啟示，我們AI并不一定像人才是牛，但是會有個客觀的根據(jù)來判斷AI哪一天是不是像人一樣的聰明。

我現(xiàn)在講非常值得大家關(guān)注的，區(qū)塊鏈。區(qū)塊鏈和AI會不會有非常奇妙的結(jié)合？我剛才講了區(qū)塊鏈和量子計(jì)算可能有矛盾的存在，但是和整個AI我覺得是可以成為互助的產(chǎn)生。

AI所需要的是三塊，1）計(jì)算能力的指數(shù)級增長；2）海量數(shù)據(jù)的產(chǎn)生；3）算法。但是那個海量數(shù)據(jù)的產(chǎn)生是我們現(xiàn)在最稀缺的，因?yàn)楝F(xiàn)在我們整個社會對數(shù)據(jù)的擁有權(quán)非常模糊，在這些中央壟斷的平臺上用了他們的服務(wù)，但是過程中卻把我們自己最隱私的數(shù)據(jù)暴露出來，一旦有了區(qū)塊鏈之后第一可以做的事情就是八個人的數(shù)據(jù)完全隱私的保護(hù)起來，但是這樣還不夠，如果把個人數(shù)據(jù)完全個人擁有，一點(diǎn)不跟大家分享的話，必然也不能通過大數(shù)據(jù)的學(xué)習(xí)使得AI更加往前走一步。

所以，在這個時候會有一個非常奇妙的數(shù)學(xué)算法產(chǎn)生，又能保護(hù)你的隱私，又能達(dá)到集體的智慧。我把今后整個人類金融和數(shù)據(jù)市場的發(fā)展用一句話來描述叫In math we trust，就是我們的信任機(jī)制可以完全建筑在數(shù)學(xué)上。

這也是使得作為一個科學(xué)家覺得區(qū)塊鏈?zhǔn)翘貏e有意思的學(xué)問，因?yàn)槔锩嬗中枰羁痰臄?shù)學(xué)，又需要跟經(jīng)濟(jì)行為緊密結(jié)合，剛才已經(jīng)講了整個加密的系統(tǒng)是建筑在數(shù)論因子分解定論上，并且有了哈希函數(shù)，很難找到哈希值，但是一旦找到之后容易被驗(yàn)證，這是區(qū)塊鏈的核心思想。

區(qū)塊鏈+AI產(chǎn)生偉大的效率必然需要下面的幾個數(shù)學(xué)理論，其中有一個叫零知識的證明。比如我解了一個非常難解的題，我想告訴你我已經(jīng)解了這個題，只想給你一個比特的信息，并不想把我解題的內(nèi)容告訴你，我把我的答案完全公布給你看，你馬上知道我到底有沒有解，但是又會造成一個問題就是給你的信息太多。所以現(xiàn)在，整個這個領(lǐng)域需要的數(shù)學(xué)理論，就是能夠保護(hù)隱私又能做計(jì)算，我能給出你一個比特的信息，就是我把這個題解了，但是不能把解的答案告訴你。

另外，加密經(jīng)濟(jì)也會使整個社會更加公平，現(xiàn)在社會帶來最大的不公平就是對少數(shù)派的歧視。但是一旦有了數(shù)據(jù)市場這個概念之后，會使得我們的社會變得更加公正。為什么呢？

比如剛才講AI最需要數(shù)據(jù)，但是需要哪一類數(shù)據(jù)，比如現(xiàn)在AI算法算到90%精準(zhǔn)，我要更上一步提高到99%，我需要的數(shù)據(jù)肯定跟我以前學(xué)的數(shù)據(jù)越不像越好，就是那些非常少數(shù)的算例。這樣我學(xué)習(xí)到新的數(shù)據(jù)，馬上就會想到跟以前不像的那些少數(shù)派擁有的數(shù)據(jù)，我會給它更大的比例，使得AI變得更加聰明。

在這樣的世界里少數(shù)派會得到更多的重視，就好像丑小鴨變成美天鵝，因?yàn)槌笮▲啿⒉皇撬旧沓螅撬鷦e人不一樣，在數(shù)據(jù)市場產(chǎn)生的那個時代也會使社會變得更加公平，所以數(shù)據(jù)市場也是區(qū)塊鏈很大的一塊，今天的一位嘉賓李俊先生，他們就是專門做整個底層的架構(gòu)，用上我剛才講的那些數(shù)學(xué)理論，把它真正建成能夠保護(hù)個人隱私的系統(tǒng)。

區(qū)塊鏈會給AI帶來海量的數(shù)據(jù)，既能保護(hù)個人的隱私，又能學(xué)習(xí)到集體的智慧，反過來也是一樣，通過AI也能給區(qū)塊鏈上的安全帶來重大的影響，在這個情況下的確需要AI在整個區(qū)塊鏈過程中和學(xué)習(xí)過程中把安全問題解決。

網(wǎng)絡(luò)世界，“分久必合、合久必分”

整個區(qū)塊鏈上大家經(jīng)常會問一個問題，我們共識機(jī)制當(dāng)然是非常重要，但是達(dá)到這個共識是指一定要付出某些代價。

從物理學(xué)的語言來講，達(dá)到共識是熵減的過程，但是整個宇宙的熵會增加。現(xiàn)在比特幣需要燒掉一些能量還是比較自然的現(xiàn)象，因?yàn)榭偟撵卦谠黾樱覀冞_(dá)到共識時會減，必然會排出熵。我并不是說比特幣達(dá)到下限，在這個領(lǐng)域另外一個非常好的學(xué)術(shù)問題，就是達(dá)到一個單位共識的情況下要燒掉多少熵，花費(fèi)多少的資源或者多少的能源，所以并不能說比特幣現(xiàn)在就達(dá)到了這個下限，我的理論是說它必然消耗一些資源，當(dāng)然消耗的資源越少越好。

再回到跟安全問題有關(guān)的，由于不只是消耗了一些能量，并且使得挖礦的礦工大家聚集在一起，一旦聚集在一起，本來去中心化的理念就破壞了。所以，我覺得整個網(wǎng)絡(luò)的世界處在分久必合、合久必分的循環(huán)，本來區(qū)塊鏈?zhǔn)侨ブ行幕谴蠹彝诘V過程中又變得中心化。

現(xiàn)在有個非常奇妙的思想出現(xiàn)，你不需要去買芯片花很多電費(fèi)達(dá)到這個共識，你只要有硬盤就可以，有很大硬盤空間，可以在硬盤上預(yù)先算過的哈希值放在硬盤上，大家比我硬盤上存的隨機(jī)數(shù)跟你報出來的隨機(jī)數(shù)哪一個最接近，哪個就有投票權(quán)，這是非常高妙的想法，我覺得這是綠色的比特幣，會使得共識機(jī)制花的能量很少，因?yàn)橛脖P不需要花很多錢買，這樣也使得整個共識機(jī)制更加去中心化。

我在這里做一個簡單的結(jié)論，這是一個非常新的時代，我認(rèn)為區(qū)塊鏈基本上是互聯(lián)網(wǎng)乘上10或者乘上100的機(jī)會，但是這里的安全性非常重要，安全性是第一性原理，一定要從第一性原理思維出發(fā)，才能真正解決區(qū)塊鏈和網(wǎng)絡(luò)世界的安全性。

【本文為投資家網(wǎng)原創(chuàng)文章，轉(zhuǎn)載或內(nèi)容合作請聯(lián)系投資家網(wǎng)，違規(guī)轉(zhuǎn)載，法律必究。】