流浪地球2的科学幻想与现实中的未来计算机科技

作为一个科幻迷、《三体》迷，从小时候第一次看《珊瑚岛上的死光》开始，一直期待一部国产科幻电影。等待了40余年，有生之年终于如愿以偿。

周末二刷了《流浪地球2》。丁老师认为这部科幻电影已经超越了1，以及原著，成为一部极具观感和深度的科幻片。在三个小时的荧幕上，构造出宏大的科学、伦理、哲学纵深。电影不但学习西方宇航科幻基于现实科学技术的严谨演绎（而非架空的魔法世界或者天马行空的科幻），还承载了我们这个古劲沧桑的东方民族特有的坚韧和大爱。

这部电影就特效本身，已经达到顶尖科幻片的水准。而我们抛开电影本身恢弘的场面特效不谈，从情节、剧本上来比较，也可以跻身一流甚至三甲。它是一部经得起理工教授和资深程序猿挑剔的文艺作品，尤其是片尾的彩蛋，直接把时空叙事带入了平行宇宙这些烧脑的概念——相信原著作者刘慈欣应该对剧本团队非常满意。今天，来谈谈该电影中的计算机科技。

1. 量子计算机

贯穿整个电影的主角，应该是550系列量子计算机。从最初的550A, 升级版的 550C，到550W，最终形成了自主意识。
MOSS
量子计算机是最近10年才被公众认识的新技术。尽管新闻报道中，量子计算技术不断取得突破，但目前主要的应用方向相对电子计算机而言还非常局限。
现实中的量子计算机
量子计算机相对于电子计算机的优势是多状态的并发叠加。电子计算机的并行，是基于01确定状态的规模化并行。一个门电路在单一时刻要么表示0，要么是1. 假设要遍历一个多维向量的所有可能，当代程序猿的直觉就是进行for循环。

for (state i = 0; i < MAX_STAT;  ++i)
{evector v = evector::fromIndex(i);//...
}

如果v很长、很大，当然就要并行计算：

#pragma omp parallel for
for (state i = 0; i < MAX_STAT;  ++i)
{evector v = evector::fromIndex(i);//...
}

不过这里要注意的是，并行计算是使用空间换时间。并行的规模，决定于参与运算的门电路的规模，是线性递增的，带来的收益也是线性的。这里的根本原因是，门电路在当前时刻只能描述一个确切的向量v，而不是v的所有取值。

但很多的高维度问题，随着维度的增加，计算量是呈指数、阶乘增加的。在O(n^m)问题，还有O(n!)问题的规模下，扩展电子计算机的规模、主频带来的收益完全抵不过规模的爆炸。

量子比特，是一种能够同时表示多个状态的物理寄存器。在被观测前，这种寄存器的状态是天生叠加的。所以，如果未来量子计算机有了通用高级语言，很可能长这样：

qvector i;
observe(calc(i));

对一个量子向量i的所有状态，进行计算处理，并对满足条件的向量进行输出（观测）。注意这种计算是“一下子”作用到向量的所有状态上的，而不是for循环。但作为一个电子计算机程序猿，想不清楚这种计算需要什么样的物理材料和器件来进行（肯定是模拟器件，而不是数字器件）。因为一旦对结果进行收集输出，就等于对量子计算系统进行了观测。这种观测会让薛定谔的猫儿们塌缩到确定的状态（0,1）。因此，大概率这种语言除了最后一步输出时为数字处理，其余过程都是模拟处理。大胆猜测未来量子计算机的编程，应该是“物理”编程，包含微观3D打印和很多理化工艺，和生产电路板、烧写FPGA类似。

除了编辑程序和结果输出在电子计算机，其余部分可能都在专用的硬件上完成。

2.人工智能与数字生命

在电影中，为了应对太阳氦闪危机，其实有好多个方案。“数字生命”计划就是一种，希望把人的意识上传到超级量子计算机里，从而延续人类文明。此外，MOSS也产生了意识，这是在计划之外的（至少是一部分人的计划之外）。

让计算机产生自我意识这一块，既不是目前人工智能的发展方向，也很难在短期内具备硬件条件。这里既有伦理因素，也有技术因素。最显而易见的问题是，我们目前对大脑、生命、意识的物理结构、数学基础的掌握还极其有限和粗浅。

无论是chatGPT还是博弈、识图、艺术创作应用，他们使用海量数据、海量计算训练出的半导体器件依旧是扁平、线性、确定的电子神经元，应该属于“仿生学”的范畴。使用“仿生学”构造神经网络，是一种似是而非的技术路线，或者说是安全的技术路线。

对大脑本身的研究，也距离把意识“拷贝”下来还相去甚远。至少我们无法回答几个基本问题。

记忆体的确切模型。我们脑海中汉堡包的概念、回想牛排的样子，在大脑中是使用什么样的理化结构和状态表示的。一些研究认为短期记忆与生物电有关，另一些研究认为长期记忆有一定的分子和微观结构构成。但所有这些研究都无法达到精确和严谨的标准，更无法精确定位和检索。
人脑思考与决策的模型。究竟是基于什么样的物理结构和信息流转，使得我们可以规划自身的活动，或只是在大脑中模拟这种活动，并得到合乎逻辑的预测?
接口工艺。如何准确拷贝我们的大脑信息。现今非侵入式、侵入式的脑机接口，还停留在原始阶段。通过对脑电波的处理，得到一种“黑箱”或者稍微高级一些的信息-行为映射。

脑机接口
要实现人脑意识的获取、上传、运行，依赖的并不只是计算机科技，更多的是基础物理、工艺、医学的发展。（有人说医学不是科学，是片面的。只要这门学科采用客观方法来观测、统计、认识世界并归纳知识，并指导下一步的行动，都可以算作科学。）

3. 工业自动控制

在电影中，映像很深刻的是门型自动机器。这种自动机器是一种低成本、多用途的可移动辅助工具。从情节表现来看，它并不是机器人，更像是一种有人遥控或者AI遥控的工具。
门型机器人
这种遥控设备应该是最接近现实的技术了，甚至当前技术条件下就能实现。拥有一定的自主活动能力，通过近场无线或者有线操作（参考重启根服务器水下那一段）。同时电影中对它的结构设计也非常合理。毕竟一种工具设施不一定像人，成本、多用途才是最重要的。电影中，在水下部分门型机器只能用电缆遥控，也符合水下电磁环境和VR遥控带宽的科学设定。