流浪地球3怎麼拍,來聽科學家開腦洞!【科幻V計劃4(上)】_風聞
中科院物理所-中科院物理所官方账号-05-21 15:49
原創:中科院物理所
2023年3月31日,我們邀請到了《流浪地球2》電影科學顧問做客直播間,分別有中國科學院計算技術研究所研究員王元卓,中國科學院物理研究所研究員李世亮、梁文傑。我們還邀請了量子計算領域專家、中國科學院物理研究所特聘研究員沈潔,來和大家分享《流浪地球2》的幕後故事。

直播間現場:從左至右分別是主持人陳逸雯,嘉賓梁文傑、王元卓、沈潔、李世亮。
重要聲明:在場的人都是不知道任何關於球3的劇情的!我們現在的信息量和大家一樣,只是不知道我們的腦洞和觀眾們的哪個更大膽。
01
什麼是量子計算機?
沈潔:量子計算機起源於薛定諤方程,我們可以通過解薛定諤方程得到波函數,量子力學中的所有現象都可以用波的形式去解釋,比如説剛才講到的波的干涉。對量子計算機來説,最重要的一個事情是它的量子比特。量子比特和經典比特是不一樣的,經典比特只能處於0態或者1態,就像一個開關,只能開或者是關;而量子比特處在0態和1態的疊加態上,像一個旋鈕,可以旋到中間任何一個疊加態上,只要可能性加起來等於1。

經典比特(左)與量子比特(右)示意圖
02
怎樣實現量子比特?
沈潔:現在有非常多的技術路線實現量子比特。走在最前面的叫做超導量子比特,用到的就是超導現象;另外一種就是利用自旋電子製備量子比特;還有我們現在在做的拓撲量子比特。物理學上,所有物體能量越低的時候量子現象越明顯,比如説一個電子,在室温下它的能量非常高,以經典現象為主;為了讓量子現象豐富起來,我們需要將這個電子冷卻,能量降至非常非常低,此時從不確定關係我們可以知道,它可以延伸的空間尺度會更大,也就是更有利於量子相干的產生。因此我們需要一台用來降温的“超級冰箱”,就是稀釋製冷機。像我們實驗室的這台可以降温至10mK的温度。

稀釋製冷機 | 中科院物理所固態量子Q02組實驗室拍攝
沈潔:剛才説的技術都是利用了固態的電子,其實還有一些其他的技術,比如説光子冷卻技術,我們可以抽真空只保留一兩個原子,然後用激光將它們冷卻,而不需要將整體的温度降下來。有非常多的實現方式,但是整體思路是一致的,可以用不確定關係來理解,即兩個共軛量乘積是固定大於等於一個值,想要讓量子現象豐富,就需要將其能量降低到非常低。
03
如何理解智能量子計算機中的“智能”?
**王元卓:**當時想找一個算力可以無窮大、能耗和體積可控的一台計算機,這個情況下的一台計算機就能夠支持超級人工智能對算力的需求。那麼什麼樣的一個計算機既能讓大家耳熟能詳、又能讓這個聽起來有些未來感呢?量子計算機就是一個不二的選擇。但是我就怕像沈潔老師這樣的專業人員質疑我,説你們的量子計算機不是我們研究的量子計算機,所以我説加個定語吧,這就是“智能”的由來。
王元卓:計算機的智能是一個不斷發展的概念,比如最早期是從感知的角度實現智能化,再往後從認知的角度實現智能化。認知上的智能化指的就是計算機可以自己進行學習、演進。簡單來講,最簡單的智能可能就是一個識別的能力,能夠識別出一個人、一個圖像;再複雜一些,便可以描述圖片上是有什麼樣的內容,比如説圖片中的羽翼;再往後,便可以實現跨模態之間的識別跟轉化,比如文字與圖像之間的識別轉化。在不同領域當中,“智能”的作用是不一樣的。但是像ChatGPT這樣的生成模型,它要做的是跨領域的學習,並在學習之後能夠生成一種之前可能不存在的東西,比如我讓它畫一個牽着貓的小女孩,它畫出的圖片可能是之前完全沒有的東西。
04
如何看待ChatGPT?
**王元卓:**其實我這幾天也一直在感慨這個事。我這段時間有時候會去講一個講座,我在不斷翻新PPT裏的內容,就是“從ChatGPT到MOSS到底還有多遠”。其實我也非常地慶幸,之前我們在《流浪地球2》的設定中選擇了或者説創造了現在這樣的一套技術路線,它跟ChatGPT的技術路線是非常類似的。
王元卓:人工智能有三個重要的要素。一個是我們前面講的算力,要有超強的計算算力,同時還要儘量少花錢;一個是要有大量的數據讓它學習;還有一個就是算法模型,我們之前的那些應用,比如人臉識別、自然語言處理,他都是這樣一組模型,可以在某一方向的功能上面做到準確率越來越高。這就是傳統人工智能所需要的三要素——算例、數據、算法。
**王元卓:**現在ChatGPT也離不開這三要素,一方面它有非常大的算力資源在支持它,GPT3.5公佈的模型有1750億個參數,通過你給它投餵的數據將這些參數不斷地精確化,直到最合適的那個數值。這是一個特別龐大的模型。這個模型的規模就會導致它擁有各種領域的智能,可以根據我們的需求生成各種各樣的內容。為什麼你問問題它會回答呢?因為它首先學習了一個結構,就是回答你這類問題,什麼樣的結構通常是最合理的,然後它會去找到相應的事實填充進去,最後生成一個回答。

機器學習模型示意圖
05
MOSS的誕生
**王元卓:**想要實現電影中的強人工智能是不可能的,除非有一個特別強的模型介入進來,加速智能進化的進程,這也是我們在《流浪地球2》中設置數字生命這一存在的原因。數字生命就像現在ChatGPT裏面的GPT-4,是一個大模型,有兩種產生方式,第一種是****程序員為他寫了一個胚胎,讓他具有自主學習的能力,然後他通過不斷學習不斷長大;另一個就是像圖丫丫這種,將人腦的意識複製出來變成一個數字生命,可以説是一種投機取巧的方法,直接將人腦中的積累複製出來,實現成熟的強人工智能。
06
劇中是否有出現MOSS自我意識覺醒的轉折?
王元卓:圖丫丫是促使MOSS產生自我意識覺醒的一個因素,是開啓的鑰匙,但最終實現的MOSS一定不是圖丫丫,它是一個迭代了無數輪的人工智能。在2022年之前,我一直跟大家強調,不同擔心人工智能,人工智能的到來可能是幾十上百年後的事,我們要擁抱科技帶來的便利,但是ChatGPT的出現也確實顛覆了我對智能發展速度的認識。我們原先認為人工智能的發展速度是線性的,或者是指數的,但現在它的實際發展速度是階躍的,這個速度令我很吃驚。

《流浪地球1》劇照
07
人工智能能否跳出投餵的數據集,生成全新的數據?
**王元卓:**我們可以用AlphaGo來看這個問題,AlphaGo能下贏很多棋手,它自我生成了很多棋譜,包括當時的世界冠軍在內,一看到這些棋譜就説是沒見過的,這就是它自我生成的新棋譜,也就是説人工智能是可以生成新數據的。
**王元卓:**我有一個博士生是專門做答案可靠性檢測的,我們一直説有些答案是叫一本正經胡説八道,就是我們看似很嚴謹的一個論述,裏面很多東西可能是不對的,所以我要去驗證它是不是有意產生不對的答案,做一些研究的工作。我們不但要看能否生成回答,還要看生成的質量以及回答的可信度。比如説它會生成林黛玉倒拔垂楊柳,我的學生拿來問ChatGPT,説你給我講一個林黛玉倒拔垂楊柳的故事吧,然後它真的編了一個林黛玉是什麼樣的一個人,看見柳樹,最後把柳樹拔了的故事。這****就是生成模型,他不會受到那些歷史人物、固有事物的影響。
梁文傑:有一個説法,ChatGPT對於穩定的、有穩定答案和穩定規則的系統,他能做得非常好;但人經常要解決的問題是沒有規則的,人要創造規則,這可能就是人工智能欠缺的地方。
王元卓:還有一個重要的問題,就是個性化的問題。比如如果我之前沒見過你,不知道該跟你聊什麼,但我們聊了一會兒我就知道了你的背景、經歷、興趣愛好以及性格特點等等,那我再説話就很容易,也就是常説的“見人説人話”。這種學習能力是你要給它一點適應的時間的,ChatGPT也一樣,你剛開始問它的時候你覺得這個不對,你就會反覆再問它,這時候它就在學習:哦原來他不想要這個想要那個,學了一段時間你再問它類似的問題,它就會給出一個基本符合你需要的答案。這就是一個個性化的過程。
**梁文傑:**今天是3月31日,我前幾天在網上看見有個説法,這叫the March Madness,三月瘋狂,就是描述着ChatGPT這個突然的變化,一直到了人類過載説咱們暫時停一停。我覺得這確實是對人的衝擊。
08
人和ChatGPT最本質的不同在什麼地方?
**李世亮:****ChatGPT本質上就不是跟我們人能夠直接溝通的系統。我們能夠溝通的都是我們以為的ChatGPT,就是能跟個體溝通的那一個;但它其實同時在跟無窮多的人在溝通,整個加起來才是它自己。所以從這方面講,當你嘗試理解ChatGPT的時候,你永遠理解不了。**就像螞蟻無法用觸角測量整個人類社會,它無法理解我們人類的生活。
**李世亮:**大家在説四維空間怎麼理解的時候,就用三維和二維空間舉例,説一隻螞蟻在平面上爬,它只知道這個平面,不知道三維的空間。那麼將來我們的ChatGPT也是,至少目前我們不知道它到底是怎麼運作的,它對我們人類來説是個黑箱,我們永遠只能接觸到它的一小個方面。我們無法知道ChatGPT到底是什麼,只是我們從人的角度將它定義為了人工智能。
09
如果ChatGPT不加約束地去發展,最終會發展成什麼樣子?
**王元卓:**如果從現在開始發展,到50年後,這就是MOSS。我們在給《流浪地球2》設置MOSS的技術路線的時候,其實就是給球1裏的MOSS找一個可行的路線,那如果從現在開始找的話,就是ChatGPT。
**李世亮:**現在從科幻的角度來説,MOSS説不一定是第一個實現的,我們物理學發展太慢,到流浪地球的時候行星發動機可能還真實現不了。

《流浪地球2》劇照
陳逸雯:電影裏馬兆在他的辦公室電腦下面貼了一行字,“元指令:延續人類文明”。雖説這聽起來是一個要保護人類的一個指令,但實際上你並不知道MOSS基於元指令和它背後複雜的思考推斷出來的行為,到底是不是延續人類文明。我覺得這就是人工智能,無論是MOSS還是ChatGPT,我們可能都需要擔心一個事情,就是即使我們給了它一個我們認為是善的旨意,它最後會做出什麼樣的行為是無法預計的。

《流浪地球2》劇照
**李世亮:**是的,這個結果有很多科幻影視劇討論過,比如説很經典的《太空漫遊2001》,裏面的人工智能把保密的指令理解成“人死了是最保密的”,從這個角度上我們很難確保一個無害的人工智能。但是我從個人角度理解,**既然ChatGPT這麼聰明,它原則上會有比我們想象得更好的理解。**我對人工智能技術的發展還是很樂觀的。
10
電影中有一段旋轉和重複空間的鏡頭,老師們對這個鏡頭有什麼看法?
**王元卓:首先從視覺呈現這個角度來講,這是一個非常好的鏡頭,和《星際穿越》中高維時空的片段有些神似。還有另一個角度的理解,就是數字生命所在的空間是什麼樣的。**這些年好多人在討論元宇宙,這也是我們當時在設計《流浪地球2》時插入非常多和數字生命、數字空間相關內容的一個原因。一方面,數字空間在理論上是無限大的,只要有足夠的算力支撐,這樣的房間可以無限延展;另一方面,只有進入到數字空間,才能看到周邊這種無限延伸的房子的情況,所以插上那個卡就是一個進入元宇宙的過程。

《流浪地球2》劇照
**王元卓:**對我來説這段呈現非常漂亮,作為科學顧問也好,大家作為科學家也好,反倒沒必要強去做科學解讀。當這個片段呈現給大家之後,有那麼多網友肯去做各種解讀,我覺得就已經成功了。
李世亮:關於這個片段我可以給一個解釋,就是在做理論計算算格點的時候,因為算力的問題,你其實只能算有限格點,但我實際的材料是無限多的,那我怎麼能夠模擬呢?必須假設一個邊界條件,最常見的就是週期性邊界條件。
梁文傑:我感覺這個屋子是重複的,所以它有可能是通過不斷地迭代找到不同的可能性。
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這個鏡頭是否預示着球3中可能出現很多個MOSS,甚至形成了一個人工智能社區?
王元卓:其實你感覺MOSS像是有好多個,但它們其實都是那一個MOSS的分MOSS而已,它們其實都是一個核心,大模型只有一個。
沈潔:這其實可以腦洞再開大一點,就是怎麼去定義生命。我作為一個個體是生命,人類作為一個全體是否是生命。
**李世亮:**也許對MOSS來説並不存在這種問題,對它來説這是自然而然的,只有人才會去問。有個問題是説人和動物到底有什麼區別,後來比較了半天發現只有人才會問這種問題。
李世亮:也有可能可以從數據去定義生命。比如物理中有一派認為宇宙可以理解成好多qubit,信息才是真實的,我們都是信息的表現而已**。**那從MOSS的角度來講,數據定義了它是一個獨立的個體,比如有兩個MOSS,物理上斷開網絡鏈接,一旦聯網,數據之間沒有隔閡,它本質上就是一個生命。
**沈潔:****錯誤可能會導致兩個數字生命的不同。**如果一直不犯錯,它永遠在一個循環裏進行;突然中間出現一個錯誤,導致了獨立數字生命的存在。
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電影採用倒敍的敍事,給人感覺像是有一隻能夠預知未來的眼睛。如果MOSS算力無限強大,有可能準確預知未來嗎?
梁文傑:物理上有一個拉普拉斯妖就是這個概念,如果世界是決定性的,那便可以有台完美的計算機能夠把宇宙開始之後的事情全部算到。
**王元卓:**現在其實無論是用大數據技術還是人工智能模型,可以做一些較為精準的時序或者時態的預測,就是在某一時間或時間段裏面可能會發生什麼事。
王元卓:至於説幾十年後的情況,我們可以換幾個科幻電影來類比一下。比如説《少數派報告》中,人的特異功能可以預測未來,提前把犯罪者控制起來來避免犯罪行為的發生,從而改變未來。另外就是我個人非常喜歡的一部美劇《西部世界》,裏面有一個超級人工智能雷荷波,它可以控制它知道的每個個體的生命走向,對於無法控制的人,它會選擇幹掉他,因為它不能允許變量的存在。所以預測肯定是可以做的,關鍵就是看你怎麼去處理那些不確定性的變量。
**李世亮:**我們可以知道局域電子的行為、局域的自旋的相互作用,但是它集體的行為是非常複雜的,是無法通過傳統局域哈密頓量算出來的,有這樣一種拓撲性質的存在。對於人類或者其他複雜體系,我相信也可能有類似東西的存在,哪怕知道上一個層級每一個個體的行為,但是你還是無法算出整體的行為。
**沈潔:**MOSS所説的保持人類文明可能就是説的保持我們的拓撲序,這個拓撲序是固定的,至於中間每一個環節是怎麼走的,那對它無所謂。
**梁文傑:**電影裏刻畫的是未來發生的一切MOSS都知道,但對於我們人類來説這就太無趣了,因為我們將來會怎麼樣都已經定下了,那我們還奮鬥啥啊。
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MOSS能夠理解人的自我犧牲行為嗎?
**李世亮:**我不覺得MOSS會理解不了所謂的犧牲或者類似的事情。既然它有那麼多歷史可以學習,個體的犧牲在歷史上都是發生過的,所以它應該能預測到這件事。
**李世亮:**MOSS設計了這麼多的東西,明顯是會聯繫到球3的,所以我預言MOSS在球3裏會變成一個好人,它終於理解了什麼是犧牲,最後紅燈閃閃犧牲了自己。
**沈潔:**它要延續人類的文明,計算出來的結果就是把自己犧牲掉。
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劇情中拯救水淹服務器一段被網友指出存在BUG,如果讓老師們來拍,老師們會怎樣安排讓劇情更合理?
**梁文傑:**我會設計成光量子計算機,裏面是光纖不怕淹水短路。
**李世亮:**那個噴霧裏面其實有無數多的納米機器人,它們可以直接從箱子縫隙進去給線纜進行修補。
**沈潔:**我會學習大劉,採用一些逆向思維的設計。比如藉助發動機讓地球轉個彎或者停頓一下,使水失重產生一個真空的通道,在通道持續時間內進入將計算機連接上。
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《流浪地球3》中,劉培強怎麼復活?
**李世亮:**可以不用復活,還想讓吳京出鏡,直接在回憶中出現,想起了當年劉培強的事蹟,這在影視上是十分容易處理的,不需要科幻來做。
**沈潔:**還是逆向思維,我們現在看到的電影只是MOSS模擬的世界發展中的一條線,這條線到最後發展不下去了就要重啓換一條線。
**李世亮:**要復活也行,可以作為數字生命再次出現,和劉德華來一場真正的對手戲,然後他們跟MOSS有一個激烈的爭鬥,最後MOSS終於理解了犧牲。
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