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超算、量子计算为啥追不上人脑?从钱学森的科学预判看懂真正差距

在超级计算机、量子计算机不断刷新算力纪录的当下,很多人误以为,人类制造的算力机器已经接近甚至超越人脑。可当我们回归科学本

在超级计算机、量子计算机不断刷新算力纪录的当下,很多人误以为,人类制造的算力机器已经接近甚至超越人脑。

可当我们回归科学本质就会发现,无论是传统超算、类脑超算,还是前沿量子计算,与人脑的思维能力相比,都存在难以逾越的巨大鸿沟。

40多年前,钱学森先生在关于思维科学的论述中,早已精准点明了人脑的核心奥秘,也为我们看清这种差距提供了科学视角。

一、钱学森的人脑数据,至今仍是严谨的科学定论

据《钱学森思维科学思想》记载,钱老在1982年的讲话中就已提出:人脑大概有100亿个神经细胞元,每一个神经细胞元又有几千个胞突接触,每一对胞突接触实际上又等于是起了一个信息开关的作用,所以,人的脑子大概有10¹⁴个信息开关,就是100万亿个开关,其复杂程度远超当时最先进的电子计算机。

不少人会质疑,这是数十年前的旧数据,是否早已过时,但现代神经科学最权威的结论,恰恰印证了钱老的严谨与前瞻。

诺贝尔生理学奖得主、神经科学泰斗埃里克·坎德尔,在被奉为“神经科学圣经”的《神经科学原理》中明确记载:人类大脑皮层约含100–200亿个神经元,单个神经元平均拥有数千个突触连接,大脑皮层总突触数量约为10¹⁴。

40年前的科学估算,与当代全球顶尖科研结论高度契合,足以证明钱老对人脑结构的认知,早已走在时代前沿。

而人脑依托百亿级神经元、百万亿级突触连接形成的全并行运算、模糊联想、自主创造能力,正是所有计算机都无法复刻的核心优势。

二、传统超级计算机:精确计算无敌,智能思维为零

当前全球运算速度最快的超级计算机是美国的Frontier,峰值算力达到1.194×1018次/秒,我国的神威·太湖之光、天河系列超算也长期稳居世界第一梯队。

超级计算机依靠传统电子芯片,遵循固定的0和1逻辑进行运算,比特就像平放在桌面的硬币,只能处于0或1两种固定状态。

它在气候模拟、航天工程、核物理推演等精确计算领域,算力远远碾压人脑。

但超级计算机的短板同样极为突出。

像美国 Frontier 这类超级计算机,即便配置数百万到千万级 CPU/GPU 核心,本质仍是 “超级数值计算器”,其大规模并行处理能力,仅服务于高精度数值计算,核心是 “快速算准”,而非 “模拟思维”。

同时,这类顶级超算功耗高达2100万瓦,是人脑20瓦超低功耗的100万倍。

而且,容错性极差,错一个数据就会导致整体运算崩盘。

更关键的是,只能执行预设程序,不具备形象思维、联想创造、情感感知等能力,因为超算只懂计算,不懂思考。

三、类脑超级计算机:能模拟突触操作,仍无法复刻生物智能

近年来出现的类脑超算,在架构上更接近人脑。

澳大利亚西悉尼大学研制的 “深南” 神经形态超算,是当前最强大的类脑超算,每秒可模拟 228 万亿次突触操作,光看数量已与人脑相当,但是,实际触发突触的质量与人脑的差距巨大。

因为它模拟的是 “突触操作次数”,不是生物突触的全部功能。

它通过硬件电路直接模拟神经元放电与突触信号传递,但这并不意味着它拥有真正的智能。

人脑真正的突触,不只是 “开关”,是“生物化学反应”加“动态可塑性系统”。

人脑突触有神经递质释放、接收,会随着学习、记忆、情绪的动态而变强、变弱、消失、重构连接,又有几十种神经元类型的复杂调制,这才是思考、学习、创造、意识的物理基础。

类脑超算没有这些,它的结构固定,连接固定,不会自己改线路,自然不会进行真正的自主学习、不会产生新想法。

它只是高速运行的固定程序,不会思考,更加没有意识、主观体验与情感。

它进行的依然是 “机器计算”,不是 “生物思维”。

四、量子计算机:原理贴近人脑,发展仍处萌芽

图片来源:中国科学院

量子计算机被视为最有希望突破传统计算瓶颈的技术,其核心是量子比特。

普通比特只能是0或1,而量子比特如同空中高速旋转的硬币,可以同时处于0和1的叠加态,依靠这种特性实现指数级算力爆发。

目前全球量子计算共有六条主流发展路线:

超导量子计算依靠极低温超导电路实现电流双向叠加;

离子阱量子计算操控离子能级实现叠加态;

光量子计算利用光子偏振实现双重状态;

硅基自旋量子计算依托电子自旋实现叠加;

中性原子量子计算通过冷原子能级实现运算;

拓扑量子计算依靠马约拉纳准粒子的拓扑结构,实现天然抗干扰的量子态。

尽管原理极具潜力,但现阶段量子计算机的发展水平,与人脑差距悬殊。

在量子计算机中,量子比特的数量,是衡量算力的关键阈值。

为了实现稳定运算,1个可用于计算的逻辑量子比特,需要10至100倍的物理量子比特进行纠错。

如今全球量子计算发展路线中,最主流、最成熟的是超导量子计算,在国内外,当前最强的超导量子设备拥有的物理量子比特总数超500,而可用于计算的逻辑量子比特数远少于物理量子比特数,换算下来逻辑量子比特数仅约数十个,纠错开销巨大,尚未实现低错误率。

而且,“可用”不等于“通用”,当前量子计算机仍处于含噪声中等规模量子(NISQ)时代,远未实现全容错通用计算,只能在特定任务上展现量子优势。

换言之,现有的量子计算机只能完成特定任务,无法实现通用运算,更不可能拥有人脑的自主思维能力,距离真正的智能还有漫长距离。

五、模拟结构不等于产生意识,人脑的“智能涌现”仍是未解之谜

人脑的深层奥秘,远超现有的观测与认知范围。

钱老提出要建立思维学,研究逻辑思维、形象思维、灵感思维等全部思维过程,正是因为人脑的价值,远不止可观测的物理结构。

目前我们对人脑的研究,仅停留在神经元、突触等可观测的物理层面,如同人类观测银河系,只能观测到约10%的可见物质,剩余90%的暗物质虽可通过数学推算证实存在,却无法直接观测。

人脑亦是如此,我们能观测到百亿级神经元、百万亿级突触,但意识的产生、灵感的迸发、创造性思维的底层逻辑,都属于无法观测的“思维暗物质”。

这些不可观测的部分,恰恰是人类思考、创造的核心动力。

算力可以无限堆叠,但思维无法被简单复刻。

超级计算机赢在精确运算,量子计算机赢在理论潜力,而人脑赢在复杂结构、超低功耗与不可估量的深层思维。

机器始终在追赶算力的极限,而人类的思维与智慧,永远拥有机器无法企及的广阔空间。

正如钱老所倡导的,深入研究思维科学,探索人类思维的全部规律,我们才能真正理解人类智慧才是最不可替代的核心力量。

“也许有人说了,机器能够干的事越来越多了……用脑子记住知识也不必了,那人还干什么?我是不担心的:人从笨重的脑力劳动解放出来之后,人脑总是要向前发展的。”钱老的这段话,实际上预判了AI时代人类思维发展的必然性。

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