量子大脑，颠覆人类发展史的新机遇
- 现在人类的科学技术已经相当发达，但我们对自己的大脑仍知之甚少。虽然人们经常谈论大脑神经元的工作原理，但往往也是一知半解。人脑中至少有一半物质是胶质细胞，但我们并不知道它们在信息处理的过程中发挥了哪些作用。再比如，科学家还未探明阿尔茨海默氏症的发病根源，我们也不知道意识来自何处，不知道记忆是如何存储又是如何被唤醒的。凡此种种，不一而足。
- 与飞速发展的时代相比，原有的脑神经模型已显得过于陈旧，亟待取得研究突破。但到目前为止，脑科学领域还未收获爱因斯坦发现相对论、克里克与沃森提出DNA双螺旋结构模型那样的里程碑式科研成果。
- 很多国家的政府与科研机构已经意识到这个问题，并采取了一些推动研究进展的措施。目前全球科学界有三大脑科学项目，分别是欧洲委员会支持的“人类脑计划”（Human Brain Project）、美国政府支持的“脑计划”（BRAIN Initiative）和中国政府支持的“中国脑计划”（China Brain Project）。脑科学研究获得来自政府的强力支持固然是好事，但要取得研究突破也绝非易事，我们只能盼望着多出成果吧。
- 坦率地说，此类政府支持的科研项目从内容到形式都差不多，它们通常存在两大问题：第一，它们是由体制内的科学家而不是市场化的创业创新者推动前进的，这些科学家的研究都基于过时的理论模型，因此在创新性和效率方面都存在着问题。第二，在这些科学家的观念中，大脑的运作在本质上是遵从的数学范式，也就是说，大脑神经元的工作方式与神经元计算机相同，人脑就相当于一台按照冯•诺依曼体系结构运转的“肉”电脑。
- 但事实果真如此吗，人脑会不会是按照量子力学效应或其他原理来工作的呢？在这个领域，科学家们应当更具创见，力争做得更好，毕竟研究对象是使人成为万物之灵的大脑，而不是大脚趾⋯⋯
- 2013年4月2日，时任美国总统奥巴马宣布美国政府拨款1亿美元用于资助“脑计划”研究项目。
- 量子力学+生物学=？
- 从表面上看，人脑与量子力学效应是风马牛不相及的两件事：研究血肉之躯是生物学家的事，怎么能和冷冰冰的物理学扯上关系呢？但实际上，科学的进展正在打破人们的这种固有观念。我们现在已经知道，很多生物系统的运作都可以用量子力学效应加以解释，像光合作用、鸟类导航、嗅觉的产生等，越来越多的研究表明，视觉与量子力学效应也存在关联。
- 随着研究的继续深入，我们必将发现更多与量子力学效应相关的生物系统。说不定所有的生物系统都是按照这个原理工作的，只是我们以前从未探明这一点。因为以前科学家的研究泾渭分明，一直认为物理学是物理学，生物学是生物学，如今二者的结合将开辟出一个新兴的边缘科学领域。
- 目前，量子物理学在实际应用方面取得的最大进展当属量子计算机的发明。量子计算能在同一时刻用叠加的方式来做巨量计算，因此与传统计算机相比，其运算速度要快上百万、上千万甚至数十亿倍。同时这也意味着，人类现在掌握了一种不同于传统数学模型的崭新的计算模型。
- 如何将这种非数字计算模型应用于生物学领域呢？目前还没有清晰的思路，但科学家们已经在路上了。毫无疑问，脑科学是最适合引入这种非数字计算模型的研究领域，这里蕴藏着取得全新进展的巨大机会，人类有机会探究以往从未想到过的大脑工作模式。我认为，这正是国家级大脑研究计划最应当开展的研究之一，量子计算机的开发人员也会由此找到新的用武之地。
- 量子密码学是量子物理与脑科学研究实现结合的另一个重要节点，从很多公开报道可知，中国在这方面已经居于世界领先水平。量子密码学的理论基础是量子纠缠，所谓量子纠缠是指，两个粒子即使相距遥远的距离，一个粒子的行为也将影响另一个粒子的状态。当其中一个粒子被操作（例如量子测量）而状态发生变化时，另一个粒子也会即刻发生相应的状态变化。从量子纠缠角度观察宇宙，我们会有很多全新的认识。那么，我们能否证明大脑运作的过程中也存在量子纠缠，或者证明大脑之间可以通过量子纠缠进行交流呢？这种假说绝非荒诞不经，因为有很多生物学现象可以作为佐证。沿着这个思路开展研究，我们会发现脑科学新课题俯拾皆是，我们也很可能由此真正破解大脑运作的秘密，找到“意识从何而来”等难题的答案。
- 2014年6月14日，曼彻斯特大学的大卫·莱斯特教授在一场报告会上介绍欧洲委员会资助的“人类脑计划”项目。
- 量子大脑与量子心智
- 有以上描述作为铺垫，或许你能猜到我要提出的想法了——发明一种基于量子力学效应的“大脑”。现在已经有了具备基础功能的量子计算机，将其升级为量子大脑并不是遥不可及的事。其中，除了要用到量子力学、量子纠缠理论之外，还要以量子计算取代神经元处理技术，这三点的组合构成了量子大脑计划的核心。从此出发，我们便可以探索不同类型的量子处理技术在量子大脑领域的应用前景，通过模拟来考察量子纠缠对量子大脑功能的影响，衡量每一种纠缠方式对计算效率的影响，看这是否有可能形成意识，并比较其与传统的神经元计算的差异。
- 接下来，应当研究这种量子大脑能够在多大程度上发挥量子纠缠的特性，尤其是考察单个粒子与多个粒子发生纠缠的可能，这就得研发新的仪器设备和实验技术了。搞清楚这个问题，有助于我们了解量子大脑之间是否有可能收发携带信息的波。在这个过程中，科学家需要搞清楚这种波能在多大程度上通过传统的神经元介导方式传播，以及电信号和量子信号是如何彼此影响的。目前，传统的生物学研究已经观察到了电信号和量子信号的整合，鸟类导航就是一例，而这个整合的过程应用到了量子力学效应。
- 说到新的实验技术，核磁共振成像结合量子信号检测可能会是一个有效方法。一旦我们建立起量子信号与传统电信号相互关系的模型，就可以着手评估量子效应对大脑的学习、记忆存储与检索乃至智力水平等方面的影响了。令人惊叹的是，这种研究是建立在粒子尺度之上的。通过这样的研究，我们对大脑功能的了解将大大扩展。
- 你有没有听说过“心智理论”（Theory of Mind）？这是一个心理学术语，是指个体理解自己和他人的心理状态，包括情绪意图、期望、思考和信念等，并凭借这些信息预测和解释他人行为的一种能力。我们的大脑是如何做到这些的？大脑中有一个储存着所有我们可能用到的心智模式的模型吗？人们的大脑一直在使用我们不知道的某种电波在互相扫描？这种电波与量子纠缠有关吗？目前，还没有人能回答这些问题。
- 如果能搞清楚这些问题，人类在理解能力方面的提升，以及对知识的掌握和应用都可能进入一个新纪元，因为我们将有可能借助某种新技术直接阅读对方的真实想法。这种思维阅读技术会有一些非常有价值的应用，比如它能探明抑郁症等深层次精神健康问题的产生根源。
- 思维阅读技术，能让我们有史以来第一次了解意识产生的神经基础，这是配得上诺贝尔奖的重大成果，它是如此重要，完全配得上1000个诺贝尔奖。让每个人都能生活得更好，这不正是我们真正追寻的努力方向吗？如果真正做到了这一点，我们将同时获得一个杀手级产品。这样一种能让我们生活得更快乐的东西，会有很多人愿意购买吧？
- 量子大脑是个好东西，大家很容易理解这一点，而量子心智理论对全社会产生的影响将更为深远。如果意识能够被证明是一种量子现象，研发大脑之间通讯的新技术就有了可能。人们不但能在地球上通过大脑直接联系彼此，甚至置身于不同星球上时也能做到这一点，这正是量子通信的本质。
- 真正的历史性机遇
- 前文提到的欧美及中国开展的三项大脑研究计划，都属于政府资助的“大科学”项目，要动用大量人力，投入巨额经费，但这类科研行为的效率往往不高。我并不是反对这种“大科学”项目，有时候这是必须的，比如欧洲委会员批准上马的大型强子对撞机项目就很有价值。但在以取得重大概念性突破为主要目标的“小科学”领域，这种集中投入、大干快上的模式就不大适用了。“小科学”研究更强调独立研究，更适合采取小团队作战的方式。因为这样的工作环境更便于科研人员不受约束地展开奇思妙想，有时哪怕想法显得怪异可笑也没什么关系。
- 这种特立独行的小团队在大学或政府科研机构中通常难以生存，它更适合以创业公司的形式存在，或是从大学或政府科研机构中拆分出来，独立运行。在这方面，埃隆•马斯克创建的SpaceX公司是一个很好的例证，这个研制和发射火箭的私人小团队，取得的创新性成果不但远远超过了NASA这样的政府机构，也大大领先于波音、洛克希德•马丁等私营大企业。虽然大公司拥有的资源更多，但它的运行效率往往不及资源有限的小公司，这也是我主张以小团队和创业公司为主干开展量子大脑研究的原因。
- 如果量子大脑项目能够顺利推进，并成功地探明决定量子大脑功能本质的因素，就能借此开辟出新的研究领域，研发出新产品，经济效益也就随之而来了。比如，可以以量子心智理论为基础研发出新型的医疗产品及服务，研发出提高学习能力的产品，以及其他应用领域与此相关的产品和服务，如导航设备、脑植入物、神经产品等。
- 不用说，研发量子大脑将催生出新的创业公司，从中也会诞生未来的独角兽。量子大脑、量子软硬件产品将成为推动全球经济增长的新源泉，并带动公司所在国GDP的增长，还会制造出很多亿万富翁。当我们把几乎所有可能投入的资源都用在了数字领域之后，量子大脑将成为后数字时代取得回报的一个可能方向，由此，人类社会的发展也才不会因为缺少技术推动力而陷于停滞。
- 互联网从诞生到发展已过去50年，美国是这段历史的最大获益者，它成为美国取得的世界经济及科研领导地位的重要支撑。对后来者而言，在已有的轨道上重复他人的研究是不可能成为世界经济和科研的领导者的，必须有自己的创新能力。量子大脑不但是创新，而且是重大创新，所以说，谁在量子大脑计划中占据先机，谁就将获得世界经济及科研的领导地位。在这方面，中国极具潜力。如果能成功推进量子大脑计划，中国就更有机会成为全球最重要的创新者。何况这个领域的创新还将派生出众多领域的创新，有些是我们现在难以预想的。
- 总之，量子大脑计划将成为世界发展的一个转折点，这种转折不但是经济上的，也是文化上的。如果中国的量子大脑计划取得成功，必将提升中国的软实力，成为全球标准的制定者。大国间的软实力竞争是一种良性竞争，它不像军事竞争那样可能导致人类的毁灭。对知识、智能、意识乃至人性本质这些问题的新的认知，还将推动人类社会取得更大的发展成就。
- 量子社会将完全取代我们之前认为已达到科技发展顶峰的数字社会，而量子大脑计划将成为量子社会诞生和发展的驱动力。量子社会，一个实现量子人性化的社会，这是值得人类追求的发展方向，不是吗？
2021/4/4 20:26:49 通过网页