清华名誉博士比尔盖茨畅谈计算机未来

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清华大学校长顾秉林把方形博士帽右边的流苏轻轻地撩向左边，身穿黑色长袍的世界首富比尔·盖茨颔首一笑，神情一如多年前离开哈佛激情创业时般真诚。

“我非常高兴来到清华，并在接受我的母校哈佛大学颁给我名誉博士学位之前，就成为清华的名誉博士。”比尔·盖茨的坦诚与幽默，让与会者感到轻松。

清华大学作为享誉世界的中国知名学府，在过去的25年中仅为12位对社会做出突出贡献的人士授予过名誉学位。

而此次授予比尔·盖茨名誉博士学位，则是基于他“关心支持教育事业的发展，对教育事业的支持和帮助赢得了广泛赞誉。他个人的奋斗成长经历，更是激发了成千上万人以新的方式来思考创新问题。”

“发展量子计算机不是一朝一夕的事”

几分钟后，“清华校友”比尔·盖茨坐下来，与前来倾听演讲的大学生互动对话。

最近有关量子计算的理论和应用正在高速发展。有人认为，这将在信息技术领域引起一场新的革命。今年2月13日，一家加拿大公司称他们首次生产出可行的商用16位量子计算机。

有学生就此问道：“微软公司将如何应对这场可能发生的变革，您对计算机的未来怎么看？”

盖茨的回答直截了当：“既然量子计算理论发生了如此重大的突破，我们就要改善我们的软件使他们能在新的平台下运行。”

他介绍说，微软也有一个量子计算方面的研究项目，“我很兴奋我们也是该领域的参与者之一”。

但是，盖茨认为：“量子计算机在未来五年内成为主流的可能性非常小，因此，我们需要确定是否真的应该让我们的工程师投入到这个新的领域。有许多比我们拥有更好技术人员的大公司，比如IBM、HP等并不认为这将会改变计算机的本质，这和我们的看法是一致的。”

“机器人的棘手问题不是硬件而是软件”

比尔·盖茨曾在《科学美国人》杂志上发表一篇文章说，下一个阶段的重要技术就是机器人技术，而且微软已经为机器人项目发布了一些应用软件。

一位生物学系的学生对此很感兴趣，他问盖茨：“在微软开发小组有没有机器人和人工智能方面的开发计划？”

盖茨认为，“虽然科幻小说作家已经描绘了未来机器人的样子，但我们仍然还在一个非常初级的阶段。”

他预测，最先打开的机器人市场，应该是玩具机器人和医疗机器人，还有用于安全和制造业的机器人。“我不能保证5年之内有更大的机器人市场。但是10到15年这样的时间尺度上将会有许多惊奇的事情发生。”

“微软及早进入这些市场是非常重要的。现在世界顶尖的大学都有很多关于机器人的杰出的研究工作。而我们能做的就是开发一些应用软件，使得人们不必关注机器人的具体细节。”盖茨强调说。

盖茨认为，许多棘手问题并不在于硬件，而是软件，“我们希望在这些方面做出贡献”。

盖茨与清华学子间的对话临近结束，一个女生的提问让大家倍感愉快。

她问盖茨：“我很喜欢旅行，您最近有没有去外太空的打算，如果有，您可不可以给我们提供一些细节，比如选择哪个国家的太空飞船，美国、俄罗斯还是中国的？”

盖茨开心地回应：“有一个对微软做出很大贡献的、出生在匈牙利的博士现在正在太空，他再过几天就会回到地球。我两天前还和他通过电子邮件，因为在太空也接入了In鄄ternet。去太空是一件很奇妙的事情，但是我不会去。”

质的飞跃 全球首台商用量子计算机亮相

　　加拿大公司D-Wave Systems向公众展示了世界上第一台量子计算机。公司官员是在美国加利福尼亚的一家计算机历史博物馆向人们展示量子计算机的，该计算机可以运行当前的程序，工作人员还展示了该产品如何解决传统数字计算机无法解决的难题。

　　尽管展示是在一个博物馆举行，但是真正的硬件设备仍然放置在Burnaby BC，并且通过液氦冷却在距绝对零度仅0.005度，也就是零下273.145摄氏度下。这个温度比外太空的温度还要低。

　　量子计算机主要根据量子法则进行计算，这些法则是一切物质和能量之下的基础，通过它们可以加速计算的运行。据悉，一旦其中的一些简单的法则在计算领域得到充分应用，那么量子计算机的能力将轻而易举地超越任何已知的传统计算机。不过D-Wave公司发言人表示，目前的量子计算机只是传统计算机的一个补充，将大幅增强现有计算的能力，而不是彻底取代它们。

　　为了实现量子计算机的商用化，D-Wave公司使用了与半导体行业相类似的制作工艺和架构。D-Wave展示的这台量子计算机代号为“Orion”，基于一块包含有16个量子比特（quantum bits或者叫qubits）的硅芯片制造，可以实现二进制数字的运算。D-Wave公司说目前这台量子计算机是可扩展的，通过增加额外的量子可以实现计算能力的大幅提升。公司预计在今年年底增加到32个量子比特，而在2008年集成1024个量子比特。

　　D-Wave的量子计算机是一个，它将帮助人们解决目前数字计算机无法解决的一些棘手问题。人们将从更多的应用程序和增强的性能中受益。”D-Wave公司的CEO Herb Martin表示。

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　量子计算机可以解决诸如“NP-complete”这样的难题。如果用传统计算机来解决这些问题，由于涉及的数据太复杂、变量太多，因此在可行的时间内是无法得到正确结果的。这些计算需求常常出现在生命科学研究、生物化学、物流统筹、参数数据库搜索以及海量金融计算中。举例来说，要模拟一个纳米级的结构，如物的一个分子，用传统电脑就会遇到很大麻烦。要处理这个分子的薛定谔方程，每增加一个电子，计算量和难度就会翻一番，呈现出指数级增长的爆炸性反应，因此传统计算机只能处理30个电子以下的系统。而实际上一个简单的咖啡因分子就拥有100多个电子，那么处理这个分子的难度将是一个30电子系统的10^50（十的五十次方）倍，即使采用高端的超级计算机也会很慢。

　　量子计算机处理薛定谔方程的难度只是线性递增而非指数递增，因此即使是最小的量子计算机，其计算能力也将大大超过当前的超级计算机。

　　“在今天一些只能给出模糊答案的应用中，量子计算机可以给出精确的结果，这将催生更多更广阔的的计算机应用。”尽管量子计算机的前景十分广阔，但是D-Wave仍然没有透露这种计算机何时才能上市。要了解更多关于量子计算机的信息，您可以点击这里访问D-Wave创始人之一及该公司CTO

树叶也许就是一个量子计算机

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Nature报道的一个有意思的实验：叶绿素的光合反应有可能伴随着量子相干演化，或者说有一个量子搜索算法在里面。

PhysicsWeb新闻上是这么说的：光照射一个叶绿素分子，分子上的电子被激发。一般人们都认为，激发的分子会随机的把能量传递到最近的能量比较低的分子上，这个过程就是所谓的“downhill”。能量会不断的沿着下坡路往下跑，直到达到发生光合反应的中心。

问题在于，这个能量随机传递的模型无法解释光合作用效率为什么这么高：95%以上。在这个实验中，人们发现，能量的传递并不是这种经典的随机过程，而是一个量子运动过程。他们发现叶绿素分子被激发后，震荡信号维持了几百飞秒，这被认为是出现了量子拍(quantum beats)，也就是说所有的能级同时相干的被联系到一起了。换句话说，激发态同时感觉到了所有的这些能态，但并没有真的访问这些能态，于是它可以通过最优的路径达到反应中心，而不损失能量。

这个过程，实际上就与1997年发明的Grover量子搜索算法思想上很类似。“在这个光合反应中，能量搜索它需要追随的路径，到达它发挥效用的地方。”密歇根大学的Roseanne Sension解释说。

争议仍旧存在，因为实验是在77K的低温下进行的，所以对处于300K的常温下的树叶来说，是否也会出现这个效应，人们不能肯定。

希尔伯特的23个问题

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希尔伯特（Hilbert D.,1862.1.23～1943.2.14）是二十世纪上半叶德国乃至全世界最伟大的数学家之一。他在横跨两个世纪的六十年的研究生涯中，几乎走遍了现代数学所有前沿阵地，从而把他的思想深深地渗透进了整个现代数学。希尔伯特是哥廷根数学学派的核心，他以其勤奋的工作和真诚的个人品质吸引了来自世界各地的年青学者，使哥廷根的传统在世界产生影响。希尔伯特去世时，德国《自然》杂志发表过这样的观点：现在世界上难得有一位数学家的工作不是以某种途径导源于希尔伯特的工作。他像是数学世界的亚历山大，在整个数学版图上，留下了他那显赫的名字。

1900年，希尔伯特在巴黎数学家大会上提出了23个最重要的问题供二十世纪的数学家们去研究，这就是著名的"希尔伯特23个问题"。

1975年，在美国伊利诺斯大学召开的一次国际数学会议上，数学家们回顾了四分之三个世纪以来希尔伯特23个问题的研究进展情况。当时统计，约有一半问题已经解决了，其余一半的大多数也都有重大进展。

1976年，在美国数学家评选的自1940年以来美国数学的十大成就中，有三项就是希尔伯特第1、第5、第10问题的解决。由此可见，能解决希尔伯特问题，是当代数学家的无上光荣。

下面摘录的是1987年出版的《数学家小辞典》以及其它一些文献中收集的希尔伯特23个问题及其解决情况：

1． 连续统假设 1874年，康托猜测在可列集基数和实数基数之间没有别的基数，这就是著名的连续统假设。1938年，哥德尔证明了连续统假设和世界公认的策梅洛--弗伦克尔集合论公理系统的无矛盾性。1963年，美国数学家科亨证明连续假设和策梅洛--伦克尔集合论公理是彼此独立的。因此，连续统假设不能在策梅洛--弗伦克尔公理体系内证明其正确性与否。希尔伯特第1问题在这个意义上已获解决。

2． 算术公理的相容性 欧几里得几何的相容性可归结为算术公理的相容性。希尔伯特曾提出用形式主义计划的证明论方法加以证明。1931年，哥德尔发表的不完备性定理否定了这种看法。1936年德国数学家根茨在使用超限归纳法的条件下证明了算术公理的相容性。

1988年出版的《中国大百科全书》数学卷指出，数学相容性问题尚未解决。

3． 两个等底等高四面体的体积相等问题

问题的意思是，存在两个等边等高的四面体，它们不可分解为有限个小四面体，使这两组四面体彼此全等。M.W.德恩1900年即对此问题给出了肯定解答。

4． 两点间以直线为距离最短线问题 此问题提得过于一般。满足此性质的几何学很多，因而需增加某些限制条件。1973年，苏联数学家波格列洛夫宣布，在对称距离情况下，问题获得解决。

《中国大百科全书》说，在希尔伯特之后，在构造与探讨各种特殊度量几何方面有许多进展，但问题并未解决。

5.一个连续变换群的李氏概念，定义这个群的函数不假定是可微的 这个问题简称连续群的解析性，即：是否每一个局部欧氏群都有一定是李群？中间经冯·诺伊曼（1933，对紧群情形）、邦德里雅金（1939，对交换群情形）、谢瓦荚（1941，对可解群情形）的努力，1952年由格利森、蒙哥马利、齐宾共同解决，得到了完全肯定的结果。

6.物理学的公理化 希尔伯特建议用数学的公理化方法推演出全部物理，首先是概率和力学。1933年，苏联数学家柯尔莫哥洛夫实现了将概率论公理化。后来在量子力学、量子场论方面取得了很大成功。但是物理学是否能全盘公理化，很多人表示怀疑。

7.某些数的无理性与超越性 1934年，A.O.盖尔方德和T.施奈德各自独立地解决了问题的后半部分，即对于任意代数数α≠0 ，1，和任意代数无理数β证明了αβ 的超越性。

8.素数问题 包括黎曼猜想、哥德巴赫猜想及孪生素数问题等。一般情况下的黎曼猜想仍待解决。哥德巴赫猜想的最佳结果属于陈景润（1966），但离最解决尚有距离。目前孪生素数问题的最佳结果也属于陈景润。

9．在任意数域中证明最一般的互反律 该问题已由日本数学家高木贞治（1921）和德国数学家E.阿廷（1927）解决。

10． 丢番图方程的可解性 能求出一个整系数方程的整数根，称为丢番图方程可解。希尔伯特问，能否用一种由有限步构成的一般算法判断一个丢番图方程的可解性？1970年，苏联的IO.B.马季亚谢维奇证明了希尔伯特所期望的算法不存在。

11． 系数为任意代数数的二次型 H.哈塞（1929）和C.L.西格尔（1936，1951）在这个问题上获得重要结果。

12． 将阿贝尔域上的克罗克定理推广到任意的代数有理域上去 这一问题只有一些零星的结果，离彻底解决还相差很远。

13． 不可能用只有两个变数的函数解一般的七次方程 七次方程 的根依赖于3个参数a、b、c，即x=x （a，b，c）。这个函数能否用二元函数表示出来？苏联数学家阿诺尔德解决了连续函数的情形（1957），维士斯金又把它推广到了连续可微函数的情形（1964）。但如果要求是解析函数，则问题尚未解决。

14． 证明某类完备函数系的有限性 这和代数不变量问题有关。1958年，日本数学家永田雅宜给出了反例。

15． 舒伯特计数演算的严格基础


一个典型问题是：在三维空间中有四条直线，问有几条直线能和这四条直线都相交？舒伯特给出了一个直观解法。希尔伯特要求将问题一般化，并给以严格基础。现在已有了一些可计算的方法，它和代数几何学不密切联系。但严格的基础迄今仍未确立。

16． 代数曲线和代数曲线面的拓扑问题 这个问题分为两部分。前半部分涉及代数曲线含有闭的分枝曲线的最大数目。后半部分要求讨论 的极限环的最大个数和相对位置，其中X、Y是x、y的n次多项式.苏联的彼得罗夫斯基曾宣称证明了n=2时极限环的个数不超过3，但这一结论是错误的，已由中国数学家举出反例（1979）。

17． 半正定形式的平方和表示 一个实系数n元多项式对一切数组(x1,x2,...,xn) 都恒大于或等于0，是否都能写成平方和的形式？1927年阿廷证明这是对的。

18． 用全等多面体构造空间 由德国数学家比勃马赫（1910）、荚因哈特（1928）作出部分解决。

19． 正则变分问题的解是否一定解析 对这一问题的研究很少。C.H.伯恩斯坦和彼得罗夫斯基等得出了一些结果。

20． 一般边值问题 这一问题进展十分迅速，已成为一个很大的数学分支。目前还在继续研究。

21． 具有给定单值群的线性微分方程解的存在性证明 已由希尔伯特本人（1905）和H.罗尔（1957）的工作解决。

22． 由自守函数构成的解析函数的单值化 它涉及艰辛的黎曼曲面论，1907年P.克伯获重要突破，其他方面尚未解决。

23． 变分法的进一步发展出 这并不是一个明确的数学问题，只是谈了对变分法的一般看法。20世纪以来变分法有了很大的发展。

这23问题涉及现代数学大部分重要领域，推动了20世纪数学的发展。