生物计算:讲真,人类才是新型超级计算机

当今社会已经高度依赖于科技。从拼写检查到GPS,我们正逐渐被计算机所取代。毋庸置疑,电脑在棋类竞赛上打败了人类,能进行写作,前一阵还出现了Boston Dynamics那样强大到逆天的机器人。那么问题来了:人类是否已经不再是万物的灵长了?

未必如此。

欢迎来到认知技能、量子计算机和游戏的研究前线。

我一向对生物计算抱有很大兴趣。给我一台可以自我修复并能学会满足我需要的计算机,我一定会把现在使用的静态计算机抛到脑后。因此,尽管人类在某些领域居于劣势,却并不代表人类会让位给计算机。这并非我信口雌黄,而是丹麦物理学家雅各布·舍尔森说的。

这听起来有点耸人听闻,不过我们正在和科技展开一场竞赛,并且正在很多领域逐渐被科技赶超。一度只属于人类的很多特性完全被算法掌握。然而我们的研究成果显示,人类和机器的能力还是有区别的。”舍尔森说道。

通过量子物理和电脑游戏,奥尔胡斯大学CODER中心的研究团队找到了令我们有别于计算机强大处理能力的独门绝技:试探性思考问题并运用直觉解决问题的能力。这支由跨学科研究者组成的团队将人类特性转换成计算机算法。换言之,他们想灌输给电脑更人性化的思考方式,来弥补人类和电脑各自擅长的领域之间的空白。

从计算到高精度测量,量子物理肩负着为这些领域带来巨大科技进步的希望。然而,实现这些目标的道路上困难重重,即使是最强大的超级计算机也束手无策。CODER中心的存在意义也正在于此——将计算机的处理能力和人类的独创性结合起来

正如量子世界的哥伦布,CODER研究团队通过名为《量子移动》的网络游戏勾勒出了人类大脑是如何基于直觉和经验做出决定的。“量子移动”使每位玩家都可以为量子物理基础研究做出自己的贡献。超过1万人参与了这一游戏。

“我们创造的地图让我们得以洞察人类大脑产生的各种战略。我们会以直觉来解决未知的问题,而对计算机来说这是不可思议的。”“计算机要处理海量信息,而我们无需如此,只要基于经验或直觉就可以做出决定。通过分析《量子移动》里玩家解决问题的方法,我们验证了人类的直觉洞察力。”

雅各布·舍尔森解释道。

量子物理法则决定了数据操作的速度上限,相应地也为量子计算机设下了处理能力的极限——即量子速度极限。现在已经有计算机算法被用来确定这一限制。事实表明,藉由人力投入,研究者们能够找到比这种算法好得多的解决方案。

“游戏玩家制定了简单的策略来解决非常复杂的问题。计算机需要把所有可能的选项过一遍,而人类玩家会自动寻找直觉正确的解决方案。”“通过分析,我们发现玩家的解决方案中有共同的特征,使我们得以一窥人类共有的直觉力。如果我们能够教会计算机来识别这些良好的解决方案,计算将比现在快得多。从某种意义上说,我们正在将人类的共同直觉下载到计算机上。”

雅各布·舍尔森说。

这一招的确奏效。研究团队证明我们能够将大脑皮层和计算机芯片结合在一起,从而超越量子速度极限。这是发展量子计算机和其他量子科技的新型强大工具

科学给人的通常印象是小众而遥不可及的,是关起门来进行的。要想摸进科学的门,就需要经年累月的学习,最好再来一两个博士学位。而今天,一种截然不同的可能正在变为现实。

近年来,出现了一种新的现象——民科打破了实验室的壁垒,邀请全民为科研做出贡献。奥尔胡斯大学的团队利用游戏让人们参与到科研中来。每周,全世界的人们总计要花30亿小时来玩《量子移动》这个游戏。游戏正全面进入到我们日常生活中的各个领域,并有可能成为孕育科学的珍贵资源。

“如果我们能让大脑的计算能力发挥哪怕一小部分,谁还需要什么超级计算机呢?通过将科学转化为游戏,任何人都可以展开量子物理研究。我们证明了游戏可以打破量子物理与各领域人们间的藩篱,为最先进的研究提供了不起的见解。”“我们的项目结合了双方的优势,冲击了计算机研究中的固有范式。”

雅各布·舍尔森解释道。

我们与机器的区别在于——打个比方来说——我们即使不知道确切位置,也会凭直觉在干草堆里寻找一根针。我们基于经验来猜测,因而避免了一系列糟糕的选择。《量子移动》表明,发自直觉的人类行动完全可与最好的计算机解决方案相匹配。未来,还有很多其他问题可以借助人类直觉来探索,这无疑是令人兴奋的。

那么,为什么我一开始要提到生物计算呢?不难想到,这种类型的研究将有助于我们解开生物学上的谜团。之所以写下这篇文章而没有选择写生物计算,是因为奥尔胡斯大学研究团队的故事突出了计算仍需跨越的巨大沟壑。

研究生物学却不致力于破译人类直觉的秘密,就好似将智能手机摆在眼前却不去用它。我们可以做得更好,我们也应该抱有更高的期待——因为更好的时代就要来到了。

文章来源:Loony Labs 编译:未来论坛 商白
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2 Responses

  1. 清华大学学生超算团队获国际超级计算机竞赛世界大学生超算竞赛总冠军说道:

    德国当地时间6月21日,国际超算竞赛(ISC17)世界大学生超级计算机竞赛总决赛在德国法兰克福会展中心落下帷幕,清华大学学生超算团队夺得总冠军,并同时获得深度学习验证码识别挑战冠军。至此,清华大学学生超算团队在国际超算竞赛过去6届比赛中3次获得总冠军,并在今年已经举行的世界大学生超级计算机竞赛(ASC)和国际超算竞赛(ISC)两项超算竞赛中包揽了总冠军。

    ▲荣获国际超算竞赛总冠军的清华学生超算团队。(左起:叶方柯、谢磊、冯冠宇、李北辰、刘家昌、王邈、李宇轩。左一为指导教师韩文弢,右一为杨广文教授)。

    本次竞赛要求各参赛队伍在3千瓦功率的限制条件下自行搭建计算机集群系统,考察内容包括数值计算、材料模拟、分子动力学、深度学习等方面的应用。由清华计算机系组织的学生超算团队在世界大学生超级计算机竞赛夺冠之后就进入了新的竞赛准备周期,补充了新的成员。由于本次比赛举行日期在清华期末考试周期间,团队成员同时兼顾期末考试和竞赛准备,在抵达德国后抓紧最后的准备时间取得了突破性进展。

    最终,清华学生超算团队凭借综合能力上的优势获得总冠军,南非国家超算中心代表队获得亚军,北京航空航天大学代表队获得季军。在深度学习验证码识别挑战中,清华学生超算团队和北航团队、南洋理工团队都正确识别了所有测试验证码,共同获得该挑战的冠军。

    团队成员

    参加此次比赛的清华大学超算团队由6名来自计算机系的本科生组成,包括:计33班叶方轲、李宇轩,计42班冯冠宇、刘家昌,计44班李北辰、谢磊,以及担任技术支持的计33班王邈,指导教师为计算机系助理教授翟季冬和博士后研究员韩文弢。

    国际超算竞赛

    国际超算竞赛由国际高性能指导委员会(HPC Advisory Council)主办,与全球超级计算机竞赛超算竞赛和世界大学生超级计算机竞赛超算竞赛并列为世界最具权威性的三大国际大学生超算竞赛。通过申请-评审和邀请,本次现场决赛共有来自7个国家的11支队伍参赛。

  2. 量子计算机商业化6大赛道:人工智能、分子模拟、粒子物理等说道:

    来源:singularityhub.com 作者:Mark Jackson 译者:四叠半

    【新智元导读】人工智能、分子模拟、密码学、金融建模、天气预报、粒子物理学,本文介绍了量子计算机在6大领域的应用。

    计算机并非存在于真空中。计算机用于解决问题,而它们能够解决的问题类型受到硬件的影响。图形处理器(GPU)专门用于渲染图像;人工智能处理器用于AI任务;那么,量子计算机是为什么设计的?

    虽然量子计算机的能力令人惊叹,但并不意味着它只是让现有的软件运行速度提升了十亿倍。相反,量子计算机对某些特定类型的问题很擅长,但对另一些问题不擅长。以下是商用化量子计算机的一些主要应用。

    人工智能

    量子计算的主要应用是人工智能(AI)。AI基于从经验中学习的原则,在得到反馈的情况下会变得更准确,直到计算机程序似乎能够展现出“智慧”。

    反馈基于对许多可能的选择计算其概率,因此AI是量子计算机的理想应用。AI被认为将破坏从汽车到医疗的每个行业,AI之于21世纪类比电力之于20世纪。

    例如,洛克希德马丁公司(LockheedMartin)计划使用它的 D-Wave 量子计算机来测试自动导航软件,这对一般计算机来说太过复杂。谷歌正在使用量子计算机来设计可以区分汽车和地标的软件。我们已经到达AI创造更多AI的时间点,所以它的重要性将迅速升级。

    分子模拟

    另一个例子是对分子相互作用的精确建模,即找到化学反应的最佳结构。这种“量子化学”十分复杂,当前的数字计算机能够分析的只是最简单的分子。

    化学反应本质上是量子化的,因为它们形成高度纠缠的量子叠加状态。但是,充分开发的量子计算机即使对最复杂的过程也不会有困难。

    在这个领域的研究中,谷歌已经模拟过氢分子的能量。这意味着在各个行业将有更高效的产品,从太阳能电池到制药,等等。特别是化肥生产,因为化肥占全球能源使用量的2%,对能源和环境的影响是非常深刻的。

    密码学

    目前网络安全性大多取决于对大数进行因数分解的难易程度。虽然可以使用数字计算机来搜索所有可能的因数来实现,但是所需的巨量时间使得“破解密码”十分昂贵且不切实际。

    量子计算机可以比数字计算机更有效地执行这样的因数分解,这意味着这种安全方法很快就会过时。新的密码学方法正在开发,但可能需要时间。

    利用量子纠缠的单向性质也对开发量子加密方法有帮助。City-wide网络已经在几个国家得到证实,中国科学家最近宣布,量子卫星成功地将处于纠缠态的光子发送到三个独立的地面基站。

    金融建模

    现代市场是最复杂的系统。虽然我们已经开发出越来越多的科学和数学工具来解决这个问题,但它不同于其他科学领域的一个主要影响是:实验中没有可控设置。

    为了解决这个问题,投资者和分析师已经转向量子计算。量子计算机的一个直接优势是其固有的随机性与金融市场的随机性相关。投资者经常在随机产生的极大数量的情景下评估结果的分布情况。

    量子可以提供的另一个优点是,套利交易之类的金融操作可能需要许多路径相关的步骤,其可能性的数量大大超过了数字计算机所能处理的容量。

    天气预报

    NOAA首席经济学家Rodney F. Weiher声称,美国国内生产总值的近30%(6万亿美元)直接或间接受到天气影响,例如影响食品生产,交通运输和零售业等。更好地预测天气的能力将对许多领域有很大的好处,更不用说能有更多的时间来应对灾难。

    虽然这长期以来一直是科学家的目标,但是控制这些过程的方程包含很多变量,使得经典的模拟十分耗时。量子研究员Seth Lloyd指出:“使用传统计算机进行这种分析可能需要比实际天气变化的时间更长!”麻省理工学院的Lloyd表示,控制天气的方程具有隐藏的波动性,这是适合量子计算机的解决方案。

    谷歌工程总监HartmutNeven还指出,量子计算机可以帮助构建更好的气候模型,从而使我们更深入地了解人类如何影响环境。这些模型有助于预估全球变暖,并帮助我们确定现在需要采取哪些步骤来预防灾难。

    粒子物理学

    量子计算机令人激动的最终应用可能是…研究新物理学。粒子物理学的模型通常是非常复杂的,需要大量的数值模拟计算时间。这使得它们成为量子计算的理想选择,研究人员已经充分利用了这一点。

    因斯布鲁克大学和量子光学与量子信息研究所(IQOQI)的研究人员最近使用可编程量子系统进行了这种模拟。研究成果发布在 Nature,该团队使用一个简单版本的量子计算机,其中离子执行逻辑运算,这是任何计算机计算的基本步骤。与实际的物理实验相比,该模拟显示出很好的一致性。

    理论物理学家PeterZoller说:“这两种方法相辅相成。粒子对撞机完成的实验我们无法替代,但是,通过开发量子模拟器,我们能够更好地了解这些实验。”

    投资者现在正在争取进入到量子计算生态系统中,不仅仅是计算机行业,银行,航空航天业和网络安全公司都在利用这一计算革命。

    与所有新技术一样,随着硬件的不断发展和创造新的机遇,目前难以想象的应用将会被开发出来。

    原文:searchbusinessanalytics.techtarget.com/feature/Machine-learning-platforms-comparison-Amazon-Azure-Google-IBM

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