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第12屆學術人才養成計畫專題講座首度邀請到擔任臺灣大學計算機及網路中心主任的電機系特聘教授顏嗣鈞學長返回母校,帶來的講題「哆啦A夢小學堂,未來科技大學問: 量子計算、人工智慧與無人載具」,利用介紹1969年開始連載的哆啦A夢中其實很多寶物都和電機領域的知識與技術相關,像是時光機、任意門、竹蜻蜓、摺紙王國大軍…。像是哆啦A夢的任意門能夠打破愛因斯坦設立的速度限制,只要事先輸入目的地資料,任意門就能即時穿越最遠10光年的距離,立即帶我們到達目的地。而在量子世界中,有一項很神奇的現象叫做「量子遙傳」,此技術可以讓量子位元(Quantum Bit)從一處消失,再由幾乎是光速的速度,在遙遠的另一處出現,與任意門有異曲同工之妙。
時代的演進伴隨科技進步,科學家的視野早已不再侷限於傳統的古典力學,我們開始站在牛頓的肩膀上,看向充滿驚奇的量子世界,而其中的量子計算,更是學界研究的主軸之一。不同於傳統的電子電腦利用0和1兩種位元進行邏輯運算,將資訊進行輸入與輸出,每一個位元在同一時間只會是一種狀態,非0則1;而量子計算的單位稱為「量子位元」,又稱做Q位元。根據狄拉克所說:「不論何時,當系統確定是在某一狀態時,我們皆可將它視為部分地,存在於多個以上狀態中的每一狀態上。」換句話說,在量子力學的觀點中,0和1的兩個狀態,可以組成無限多種的疊加結果,例如:輸入5個位元,便可輸出2^5個結果,輸入50個位元,便可輸出有2^50個結果(如下圖),由此可見量子計算不論是在速度和處理量上,都顯著地優於古典的計算方式。
▲古典計算與量子計算的差異:假設都輸入三個位元,古典結果單一,量子結果疊加。 |
若是要進行這樣的計算,前提條件是各個量子位元必須能夠互相影響,也就是常在科幻小說、電影中提及的「量子糾纏」。量子糾纏指的是成對的粒子不論距離多遠都會互相影響的狀態,此概念最有名的思想實驗便是「薛丁格的貓」 - 若我們不對貓進行觀測,雖然我們可以計算貓的存活機率,但是生是死無從得知;但當我們一打開箱子,當初計算的可能性便會完全消失,只剩下單一結果,死或活 : 對應到粒子的狀態便是,上旋或是下旋。假設有兩個成對粒子,當我們觀察到其中一個粒子是上旋,另一個粒子便會是下旋,反之亦然。如此超越時空限制的物理機制,雖然曾讓愛因斯坦嗤之以鼻 : 「上帝不會擲骰子」。但1964年貝爾不等式的提出,讓理論架構完備,1982年法國首次利用實驗驗證糾纏的存在,至此,原本奄奄一息的量子力學,開始蓬勃發展。
介紹完量子計算,顏嗣鈞學長開始說明現今最夯的「人工智慧」。所謂的人工智慧,簡單來說就是希望電腦能展現出類似人類的行為,可以感知、學習,並進行決策協助人類解決問題。但最艱鉅的挑戰在於「如何將人類的思維,轉化成程式語言」,也就是必須開發適合的演算法。科學家將龐大的資訊輸入給電腦,告訴它這些資訊所代表的意義,讓電腦自行從中找歸納出一套判斷標準,而這些資訊來源便是「大數據」,判斷的過程稱為「機器學習」。目前使用的演算法是「多層次類神經網路」,也就是所謂的「深度學習」,例如:Apple的Siri系統、Google的語言辨識等,都是現今人工智慧的應用。
量子計算與人工智慧兩者的研究相輔相成,人工智慧面臨的瓶頸,需要量子計算給予突破的機會,而這些未來科技的可能性,寄託在我們下一代,也就是當下對講題有興趣,來此與會的學弟妹們。「我們允許錯誤」顏嗣鈞學長說,「醫學系治癒患者,每一個診斷都不能犯錯,電機系發展科技,每一個嘗試都是機會,有能力、有想法,電機工程學系絕對會是在座的第一首選。」「電機工程是我國科技發展的基礎,涵蓋範圍極廣,系統與科學並重,軟體與硬體結合。只要具備物理、數學或程式語言的相關能力,再加上對事物抱持著好奇心與勇於試誤的態度,電機領域多彩繽紛,歡迎大家未來加入電機行列。」講座的結尾,顏嗣鈞學長這麼說道。
附: 顏教授歡迎同學們會後進一步email聯繫提問,教授email : hcyen@ntu.edu.tw
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{{ $t('FEZ003') }}2020-06-15
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