十年后，计算机是一小罐“酸奶”？

（文 / 陈赛）

英国著名的未来学家艾恩·皮尔森相信，2015年的计算机不再是一个个金属盒子，而是一小罐“酸奶”，里面悬浮着无数颗粒，每个颗粒都是一丛神经细胞，它们能够通过自己编程而成长或者自我修复。这些细胞之间用光子交流，而不是电线。

这小罐“酸奶”就是最近频频见诸报端的生物计算机。其实，关于生物计算机的预言早已不新鲜。2004年11月，以色列科学家已经研制出不足水滴大小的DNA计算机。他们以两种酶为计算机“硬件”，DNA为“软件”，输入和输出的“数据”都是DNA链，把溶有这些成分的溶液恰当地混合，就可以在试管中自动发生化学反应，进行“运算”。计算机内部有一个叫FokI的生物酶，FokI生物酶打破DNA双螺旋结构中的连接键，DNA就可以为计算机提供足够的能量。这滴DNA计算机的运算速度达每秒330万亿次，比现有最先进的计算机快10万倍。DNA计算机目前仍在实验室阶段，但这样的数字昭示之下，即使普通人都能预感它会给我们的未来带来什么。

今年5月初，英国计算机协会出版的“Grand Challenge”计划的报告书中，诸如仿生计算、量子计算、生化反应算法等非经典计算技术被共同列为“影响未来15年内计算技术的七大挑战”之一，其他的六项挑战分别是“无处不在的计算机系统”（2个）、“生命记忆管理”、“可靠的系统进化”、“计算机模拟真实生命模型”、“探寻人脑与思维的结构”。这七个项目不仅是关于计算机科学本身的，还混合了生物学、物理学，以及量子物理学等多门学科，其中不少项目甚至可能重写计算科学的基础定律。

“Grand Challenge”是三年前由英国计算研究委员会发起的，得到英国计算机协会的专家评审团、工程与物理科学研究委员会的支持，并有众多国际计算机科学家共同参与。他们在提交的100多份提案中评出了七项，每个项目都持续至少15年。他们希望这七项挑战中至少有一项能够发展成为计算机科学领域的“人类基因组计划”。微软剑桥研究中心的高级研究员、图灵奖得主托尼·霍尔在这份报告书中充满感情地写道:“60年代人类登上月球，开启了一个工程与空间技术革新的时代。15年前的人类基因组计划团结了全球的生物科学家，如今，计算机科学家也需要一个全球性的合作，从而将这个领域引入一个新的里程碑。”

看多了《银翼杀手》、《黑客帝国》、《我，机器人》中令人心生恐惧的未来世界，不禁怀疑，这个由世界顶级科学家共同主持的“七大挑战”计划究竟会将人类社会引向什么方向呢？

无处不在的“天网”

在《终结者3》里，为了毁灭天网，T-800最后不惜自溺钢水。但是“七大挑战”的第一项挑战就是要建立一个覆盖人类全部生活空间的“天网”。

90年代初，施乐公司的计算机科学实验室主任韦斯特和他的研究小组第一次提出了无处不在的计算(Ubiquitous computing)理论。他在《21世纪的计算机》一文中这样描述:“计算机硬件技术的飞速发展以及无线通信技术的不断成熟，造就了新一代普适计算的典范。”

普适计算设想这样一种生存环境:人们生活在一个充满各种各样的计算型芯片的世界中，大街上、家里、花瓶、衣服，甚至我们的身体里——15年后，在手腕上植入一个电脑芯片，也许就像穿个耳洞那么简单。这些芯片会非常便宜、非常小巧、而且极大丰富，它们通过足够带宽和速度与有线或无线网络全球互联，我们甚至不再有“单个”的概念，整个世界就是一个庞大的“天网”。

两年前，英国科学家凯文·沃里克已经将电子芯片与自己的手臂神经相连，用自己的意识来控制机器。谁能想象，到了2020年，我们会使用多少计算机？穿着多少计算机？身体里植入了多少计算机？这些计算机能跟多少其他计算机对话？它们会怎么谈论你？为你做什么？对你做什么？我们还能够控制，甚至理解它们吗？

“七大挑战”中有两个项目是以这种普适计算为研究对象的，其中一个是理论性的:需要什么模型和理论来理解这个“无所不在的计算机”？另外一个是工程性的:怎么设计和建立这个“无所不在的计算机”？两个项目组表示，他们必须保持密切的联系，否则人类很可能要面对一个失控的未来。

模拟生命（iViS）

著名物理学家Stephen W.Hawking 1998年曾说:“现在的计算机还不如一个蚯蚓的大脑复杂。”

对于科学家来说，“七大挑战”中最具挑战性的项目就是模拟生命——利用正在快速增长和积累的生物学数据，开发一个可测试的生物体行为模型。这个念头从计算机诞生之日起就一直在困扰和刺激着科学家。计算机科学之父艾伦·图灵曾经在1950年写下《机器能思考吗?》，并在文中提出了著名的“图灵测试”。图灵认为，只要模拟人类大脑思维就可以做出一台可以思维的机器，并通过以下方法对它的智商进行检测:让提问者(人)通过键盘向一个人和一台机器发问，这个提问者不知道他现在问的是人还是机器。在经过一定时间的提问以后，如果提问者不能确定谁是人谁是机器，那这个机器就可以被认为是会思考的机器了，也即具有人类的智能了。但迄今为止，还没有一台机器能够通过图灵测试，包括IBM那位赢了国际象棋大师的机器人“深蓝”。

因此，“模拟生命”项目组设想从一些低等生物如线虫、杂草和臭虫(virtual worm, weed and bug)入手，但即使在实验中创建这样一个简单生物体从细胞到整体的行为模型也是一个复杂到不可思议的过程。而生物科学与计算科学最终挑战是对于人脑机制和人类思维的理解，因此，“七大挑战”还有一项计划就是建立一个模拟人脑与思维的计算模型，通过捕捉脑部的信息处理规律，描述低级神经元处理与高级认知能力，如适应性、自我认知、创意，是如何联系与整合在一起的。这个研究结果将为开发“下一代更像人类的机器”打下基础。但人类大脑大约有10000亿个神经细胞，计算机对于人脑与思维的探索需要借助于生物科学家、神经学科学家、心理学者、语言学家、社会学家以及哲学家共同的努力。

非经典计算之旅

“非经典计算之旅”项目提出了重写计算科学的基础定律，寻找一个比图灵模型更实际的计算理论基础，探寻生物学、量子物理学以及非经典哲学将如何改变未来的计算机与计算方式。

从经典计算理论来看，计算就是利用算法、模型（如图灵机的数学模型）对输入、输出的数据进行价值计算和符号推导，计算必须在一个安全可控的环境里进行。但是，当计算机与越来越开放、混杂、不可控的真实世界交互时，我们需要一个新的方式来设计程序，能否建立一个更加自动化的，更具适应性的，更强健的计算系统？如何使这些系统能够在不可预测的、不断变化的、危险的环境中进行准确而安全的运算？

计算机科学家们从生物学中得到启发，因为生物体本身是强健而适应性的，它们与环境不断交互，它们能够从各种损害、破坏，以及无数攻击中存活，自我警觉、自我保护、自我修复。从生物的进化（基因算法、基因编程），包括神经元（人工神经网络）、免疫（人工免疫系统），植物生长（L-System），社交网络中都可以发现新的算法，但目前为止，这些算法还不能与经典计算框架很好的结合。

20年后，受晶体管功耗、制备工艺和传输线路的限制，被视为计算机界圣经的摩尔定律不再起作用，而利用这些新计算理论开发的计算机可能让我们用上运算速度比目前超级计算机快上亿倍的量子计算机、生物计算机。 计算机电脑一小dna酸奶科学科普十年