Sunday, July 6, 2025

量子AI重塑人类认知边界

童若轩

发布/2025年7月6日 05:00

量子人工智能正以惊人速度重塑科技格局，预计将在药物发现与新材料研发、网络安全与密码学，以及天气预报与气候建模等关键领域引发颠覆性变革。这一技术在带来前所未有机遇的同时，也伴随着深刻的伦理挑战。

从量子比特的叠加与纠缠，到AI算法的深度学习，量子AI正以惊人的速度融入我们的日常生活。（iStock图片）

人工智能（AI）早已不是科幻电影里的遥远梦想，它正以惊人的速度融入我们的日常生活，从智能手机里的语音助手到道路上的自动驾驶汽车，无处不在。当我们对科技的未来充满无限遐想时，一个更为强大的技术正在悄然崛起，它就是——量子人工智能（Quantum AI）。

量子比特的两大“魔法”

要理解量子AI，我们必须从它最核心的“积木”，量子比特（qubit）说起。我们日常使用的电脑依赖于“比特”（bit）存储信息。一个比特就像一个电灯开关，只能处于“开”（1）或“关”（0）这两种确定状态。但量子比特则遵循着奇妙的量子法则，拥有两大“魔法”：

①叠加（Superposition）：想象一枚在空中旋转的硬币，落地前我们无法确定它是正面还是反面——它同时包含了这两种可能性。量子比特也是如此，它可以同时是0和1，甚至是0和1的任意组合。这种“既是0又是1”的特性，让量子计算机能够同时探索海量的计算路径，如同一个超级大脑在同一时间思考所有可能的答案，从而实现指数级的计算效率提升。

②纠缠（Entanglement）：这是量子世界里最令人着迷的现象之一。想象两枚被“纠缠”的硬币，无论相隔多远——一枚在地球，另一枚在月球——只要你观测其中一枚为正面，另一枚也会瞬间确定为反面。它们之间存在一种超越时空的神秘关联。这种特性是量子计算机能够高效协同处理复杂问题的关键，它能让多个量子比特像一个整体一样工作，执行传统计算机无法想象的复杂运算。

正是这些独特的量子特性，赋予了量子AI超越传统AI的巨大潜力。它不再是简单地处理0和1，而是能够驾驭概率和可能性的海洋，发现更深层次的模式，解决更复杂的优化问题。

量子计算的现实挑战与突破

然而，这种“量子魔法”并非没有代价。量子比特极其“娇贵”，周围环境最微小的干扰（如温度波动、电磁波）都可能导致其失去神奇的量子特性，这一过程被称为“退相干”（decoherence）。为了保护这些脆弱的量子态，量子计算机通常需要在接近绝对零度的超低温、超真空环境中运行，这极大地增加了建造和维护的难度与成本。

科学家们正在全力克服这一挑战。“量子纠错”技术应运而生，它就像给量子比特穿上“保护衣”，即使出现小错误也能及时发现并修正，确保计算的准确性。例如，谷歌近年推出的量子芯片在纠错能力上取得了重大突破，能让量子电脑更稳定地运行，并实时纠正错误。而“量子优势”（quantum advantage）也成为重要的研究课题，即证明量子计算机在解决某个有价值的实际问题上，能显著超越最顶尖的传统电脑。虽然广泛的“量子优势”尚未完全实现，但量子计算与AI的融合已展现出强大的协同效应：量子计算能赋能AI，让算法更强大；反过来，AI也能帮助优化量子系统，提高其可靠性，甚至辅助设计新的量子算法。这种双向促进，正预示着一个加速发展的未来。

颠覆未来的应用场景

凭借其独特的计算能力，量子AI有望在多个关键领域带来颠覆性的变革：

①药物发现与新材料研发：传统方法需要逐一筛选和实验，耗时耗力。量子AI能够精确模拟分子和原子间的复杂相互作用，从而以前所未有的速度设计出新药、研发出具有特定性能的新材料（如更高效的电池、更坚固的合金）。

②网络安全与密码学：当前的许多加密算法在强大的量子计算机面前将不堪一击。量子AI的发展催生了“量子加密”技术，能够创建出理论上无法破解的通信渠道。同时，它也能被用于破解现有密码，这是一把双刃剑。

③天气预报与气候建模：量子AI能处理海量气候数据，建立更精确的气候模型，从而更准确地预测极端天气事件、理解全球变暖的复杂机制，如同为地球装上了一双洞察未来的“慧眼”。

物理学家加来道雄警告说，量子AI可能带来“神级发现”，但也可能“成为人类的末日”。（档案照）

量子AI的快速发展，在带来前所未有机遇的同时，也引发了深刻的伦理挑战。多位顶尖科学家已对此发出警示。物理学家加来道雄（Michio Kaku）警告说，量子AI可能带来“神级发现”，但也可能“成为人类的末日”。他强调在机器能独立决策时，创新与控制的平衡至关重要。麻省理工学院的劳埃德（Seth Lloyd）虽然对量子计算的变革潜力感到乐观，但也承认任何新技术的伦理问题都必须严肃对待。理论计算机科学家阿伦森（Scott Aaronson）则强调，我们迫切须要建立AI安全的理论基础，确保AI与人类的核心价值观保持一致。

从量子比特的叠加与纠缠，到AI算法的深度学习，量子AI正悄然重塑人类认知的边界。

（作者为台湾中央大学天文物理学博士，芝加哥大学费米研究所博士后研究。曾任中国科学院理论物理研究所副研究员、南洋理工大学高等研究所研究员。目前是英国物理学会经典与量子引力 Classical and Quantum Gravity 学术期刊顾问。）

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