雨果· 加里斯 德· ? ? 被比作人工智能研究领域的斯蒂芬· 霍金。 世界上仅有的四个制作人脑的机器均源自他手。他因研发 成功第一台制作人脑的机器CBM(Cam Brain Machine) 进入吉尼斯纪录。 在世界上开创了“可进化硬件”的研究领域,是“进化硬 可进化硬件(Evolvable Hardware,EHW)研究将进化 件和进化工程学” 的奠基人。 计算技术应用于系统(特别是电子系统)内部结构的设计、 ? 这些都是人工大脑领域的启动技术。 调理、实时自适应等方面,以实现复杂电路的自动化设计和 ? 显著提高电子系统的自适应和容错能力。 雨果· 加里斯认为 德· ? 对于21世纪科技所产生的“高智机器”的潜在能力,我比 大多数人看得更清楚。 ─ 所谓“高智”,是指比人类大脑智慧不止2倍或者10倍,而 是万亿个万亿倍的人工大脑。 ? 21世纪科技智能机器将达到并且大规模超越不借助外力的 人类智慧;通过和这些机器的结合,人类才能提高自身。 使人工智能成为可能的关键技术 ? ? 摩尔定律 可逆计算 ? ? ? ? 纳米科技:分子级工程 人工胚胎形成学 进化工程学 自我装配 什么是摩尔定律? ? ? ? 1965年,英特尔微处理器制造公司创始人之一戈登· 摩尔提出。 现代历史上,“摩尔定律”一直是一个伟大的科技经济趋势。 描述并解释集成电路或者芯片的运算能力,例如,电子元件密度、电 子信号处理速度等等,每年都成两倍增加。 ─ 2乘以2乘以2乘以2……(10次),等于1024 ─ 乘20次,得到1048576 ─ 乘30次,得到10亿; ? 乘40次,得到万亿…… 过去40年,摩尔定律一直有效,以至于倍数增加得到的数字非常巨大 摩尔定律的实现 ? 摩尔定律是芯片上电路尺寸不断缩小的结果,以至于电子 在电子元件(例如两个晶体管)间传递的距离被缩短了。 ? 根据爱因斯坦的理论,物体可以移动的最快速度是光速 (大概300000千米/秒),这也是电流必须遵守的自然常量。 ? 如果两个电子元件间的距离被缩短了,它们之间电子信号 的传递距离也将缩短,因此,通过这个距离所需 要的时 间就会更少(以恒定的光速)。 摩尔定律与海量存储 ? 如果摩尔定律一直有效到2020年,海量内存芯片上电路尺 寸可能允许在一个原子上面存储一个比特的信息。 ? 一个像苹果这么大的存储 器可以存储多少比特)呢? ─ 万亿万亿个原子(比特) ─ 1后面跟24 个零。 经典计算机为何经典? ? 第一台电子计算机ENIAC(60年前) ? ? ? 每秒完成5000次运算 重达30吨,占地1千平方英尺 使用1万8千个真空电子管﹑总长达800公里的电线 计算机结构相同:处理一串由0和1组成的符号串 ? 笔记本电脑 ? 每秒能够做20亿次运算的P4CPU 经典物理与量子物理 ? 设计计算机的一个基本前提:找到一个合适的物理系统, 使得它的不同状态可以用来表示不同的信息。 ? 硅晶片上的加工尺度已达到0.1微米量级,再往细微的方 向走,经典物理会逐渐失效。 ─ 所有为表示0和1而应用的物理现象都属于经典物理 ? 微观世界——量子物理 ─ 最简单的量子物理系统,除了能表达0和1两种状态外,还能 够同时表达0或者1,只是表达0具有一定的概率,而表达1则 具有相应的概率,这两个概率和为1。 量子计算机 ? 系统不同状态之间的变换,可以并列存在多个途径,使系 统可以在多条路径上并行处理多个计算。 ? 计算机的计算能力获得了指数性的增强。 量子计算的发展 ? AT&T贝尔实验室的计算机科学家皮特· 休尔,最早实际地 揭示出量子计算的威力。 ? 1994年,设计了第一个适合于量子计算机使用的算法,专 门用来对大数进行因子分解。 ─ 对经典计算机,大数的因子分解绝对是一个不可能任务。 ─ 现代计算机的加密算法,包括银行密码系统,都是基于论断: 一个大数无法被人在有生之年分解为一些素数之积。 量子计算的发展 ? 里程碑式的实验:1998年,在美国MIT和拉斯阿莫斯国家 实验室的以拉夫雷门为首的一组科学家,运用液态核磁共 振(NMR) 实现了量子计算。 ? 解决了量子计算的重大问题:如何在读出计算结果的同时, 不销毁系统其他的状态信息。 产生“高智能机器”的基础 两种思想: ? 可逆计算 雨果· 加里斯认为:大规模存储能力和惊人的运算能力 德· 就足以产生高智能机器, ? 以黑洞理论闻名的罗杰· 彭罗斯爵士及他的主要竞争对手 英国宇宙学家斯蒂芬· 霍金认为:要产生智能机器需要的 远不止是大规模的计算能力。 ─ 彭罗斯声称:意识也是必要的,并且认为需要新的物理知识 来理解自然中意识如何产生,并借此来创造机器人工意识。 可逆计算的提出——3D/2D电路 ? 三维(3D)电路 ─ 在小体积内存储万亿万亿个电子元器 件的想法包含一个假设,就是这个体 积里包含的电路将分布于那个空间。 问题: 热量? ? 二维电路 ─ 印制在硅芯片的表面上。 计 算 物 理 学 (phys-comp 或 physics of computation 可逆计算的提出——计算与热量 ? 一个在物理计算学中被问到的问题: 进行一个基本的计算步骤所消耗的最低能量是多少? ? 20世纪60年代,兰道俄(Landauer)发现,在计算机里 产生热量的是“重新设置”内存寄存器的过程,当信息被 “清除”或者“消灭”时产生了热量。 “熵”(entropy):测量一个物理系统的混乱程度; “热力学第二定律”的基本物理定律:在封闭系统(一个 能量不会传送出去或进来的系统)中熵值不会减少。 ? ? 可逆计算的提出——计算与热量 A B 与 门 C A 1 B 1 C 1 1 0 1 0 0 0 0 “与门”是不可逆转的: 不能总是通过输出来 推断输入的是什么 0 0 可逆计算的提出——计算与热量 “如果摩尔定律一直扩展到分子级别,如果人 们还继续采用传统的非可逆的、清除比特的 信息处理技术,分子级别电路将会产生多少 热量呢?” ? 可逆基本电路——3个输入和3个输出的“Fredkin门” 可逆计算与人工智能 1040比特信息 1011个神经元 纳米科技 ? “ 纳 米 科 技 ” 是 “ 纳 米 级 科 技 ” (nanometer scale technology)的缩写,也就是分子级工程。 ? ? 20世纪50年代提出。 核心的想法是: 原子可以被放置在特定的位置来制造分子级别的机器, 也就是说,微型分子级机器人选择原子并且把它们放置在 合适的位置来制造分子级机构。 纳米科技与科幻小说 ? ? “不朽”机器人 死亡脑复活 ? ? ? 机器人自我复制 建筑材料性能的改变 …… 大自然中的纳米科技——胚胎学 ? 进化形成了一个生长机制,它使用一个线性的一维的化学 命令编码串(通常称为DNA)并且翻译成三维的有生命 的机能生物。 ? 研究这个纳米级别工程的奇迹被称为“胚胎形成学”或者 “进化”。 人工胚胎形成学与胚胎形成制造 ? 人工胚胎形成学 ─ 致力于模仿自然界的胚胎形成过程,从一个单受精卵细胞来 培育恐龙或昆虫。 ? 胚胎形成制造 ─ embryofacture,embryological manufacture的缩写形式 ─ 利用人工胚胎形成学技术来从纳米级别制造人类级别的产品 进化工程学 ? ? 达尔文“适者生存”的策略 胚胎形成制造的一个进化工程解决方法可能是这样的: ─ 一开始产生亿万个随机的分子级“人工DNA”串,每一个都 可以被转译为块状的三维分子结构。 ─ 然后预先设计好的分子级纳米机器人进入块状物内,测量其 想得到的微产品的形状和功能的相似程度。 ─ 那些得到更高分值的块状物将会使其相应的人工DNA生存下 来,并且在下一代有更多的复制品(孩子)。 自我装配 ? 进化出单个组成部分是不够的。这些组成部分需要在形状 上互补,以便于它们可以“自我装配”,也就是像七巧板 块那样组成一个更大的功能整体。 ? 这样的方式会形成病毒。DNA的一部分为病毒成分建造 编码。当它们一建成,它们相互组合形成一个完整的病毒。 ? 组成部分需要有如锁和钥匙般的互补。它们需要有自我装 配的能力,简单地通过相互碰撞(就在分子级别中经常发 生的混乱和高速运动)来实现。 综合所有的技术 人工智能机器包含1040个原子或比特的信息,无热量的、 可逆的、三维的计算机电路,比人类思考至少快百万倍(并 且可能快得多)。它将在其表面附加大量的 感应器,拥有巨 大的存储能力;还有应用纳米科技的分子级工程,如“不朽” 机器人,批量复制的纳米机器人给经济带来的影响;人工胚 胎形成学、进化工程学、自我装配等。但是远不止这些。 疑虑与思考: 雨果· 加里斯认为: 德· ? 人工智能机器在21世纪将成为主导问题 ─ 具体指人类是否应该制造比人类智能高出万亿个万亿倍的人 工智能机器。 ? 物种主导问题将在本世纪主导全球政治 。 ─ 两大主要政治集团:地球主义和宇宙主义 核弹与人工智能 ? 1933年,新西兰物理学家卢瑟福爵士 ─ 原子核发现者 ? 匈牙利裔犹太物理学家利奥· 西拉特 ─ 世界上第一个想到核链式反应的人 ─ 第一个害怕希特勒首先“拥有核弹”的人 ─ 从最早产生核链式反应的想法到广岛大爆炸只有短短12年。 ? 人工大脑机器人和相应领域的崛起,是不可阻挡的。 疑虑与思考: 我们是在制造上帝,还是在制 造我们潜在的终结者? 疑虑与思考: ? 问题1:人工智能发展的时间问题 ? 问题2:为什么不使用毁灭开关 疑虑与思考: ? 问题3:人工智能能否应用阿西莫夫三法则 ─ 阿西莫夫机器人三大定律 ? ? 机器人不得伤害人类,或看到人类受到伤害而袖手旁观 在不违反第一定律前提下,机器人必须绝对服从人类给与的任 何命令 ? 在不违反第一定律和第二定律的前提下,机器人必须尽力保护 自己。 ? “零定律”:机器人必须保护人类的整体利益不受伤害,其它 三条定律都是在这 一前提下才能成立。