光速思考∶新一代光電腦與人工智慧

序言
第1章 玻璃珠游戲
視覺知識
玻璃珠游戲
人類的瓶頸
超越人類中心論
光的構成
第2章 三代光機
范例
激光：神奇之樂
量子世界
愛因斯坦論光
激光是如何工作的
光學革命
纖維光學
第一代：光電子學
第二代：全光機
第三代：量子光機
第3章 視覺智能的結構
當一機械玫瑰是一朵玫瑰的時候
神經元
易改變的網絡
深思
符號學：符號生活指南
第4章 視覺機制
從視網膜到大腦
達·芬奇煮的眼（目青）
造成失真的眼（目青）
感受的量子起源
眼的流動介質
圖像的分解
第5章 看見的速度
人類視覺感知的速度
信息的度量
信息論
大圖畫
心理物理學
緊張的眼（目青）
視覺信息率
純視覺語言
回到瓶頸之上
第6章 以光速進行通信
第7章 第二代全光機
第8章 會說話的圖像
第9章 耦合時代
第10章 不可計算的用量子來計算
後記 光流中的玻璃珠游戲
附錄1 計量單位表
附錄2 術語

光是最完美的信使。它比任何別的東西跑得都快。它沒有重量，產生光的費用微乎其微。成千上萬條不同顏色的光線能夠相互並行，相互穿行傳播，在數百萬個地址間傳送數據和命令而不相互影響。這個能力我們稱之為光的空間相容性（光的並行性），它表明光具有巨大的通信和計算能力。借助此特性，光子計算機同時執行上百萬個任務。

的確，視覺信息涌人我們的眼（目青），以每秒10億比特以上的速率撞擊我們的視網膜。滿足渴求信息的眼（目青）的需求，是推動互聯網所承載的視覺信息量以指數級增長的原動力之一。人們對互聯網提供日益精細的視覺內容的渴望，只有借助光在透明玻璃纖維中傳播所具有的空間相容性才能解決。

始於20世紀末的光學革命是由人眼發動的，但它此旨的發展卻將遠遠超越簡單地服務於人們感官的范圍。光的空間相容性是所有各類新型光學機器的基礎，這些光學機器的運行越來越快，但還不能算是一場革命，這只是量的區別而非質的飛躍。只有當全光智能以光控制光的方式分布在整個光網絡上時，真正的革命才算到來。到那時，網絡將有大量的多重內部連接，足以與人腦的復雜性媲美。

本書是一次旅行。它始於最古老（也是最復雜）的光學機器——人眼，止於對新世紀后期將要研制出的量子光學計算機的探索。欲達此目的，需要經歷3代光學機器的演化，這是我在第2章要介紹的。第一代是我們正用着的、支持光互聯網的光電計算機。第二代是全光計算機，其中用光控制光，把圖像作為信息單位。第三代即最后一代，是量子光學計算機。它將采用與經典邏輯相左的量子效應傳遞（甚至遠距輸送）量子信息，一眨眼間它就能完成目前尚無法完成的計算工作。

這些光學機器（簡稱光機）外觀如何呢？它們是怎樣處理信息的，它們具有智能嗎？這就是我將在第3章探索視覺智能結構時提出的一些問題。

人眼和大腦的神經網絡是目前我們知道的最精密的圖像處理機，它們是光學機器中人工網絡的出發點。在一個景物龐雜的場合感知事物在空間中的焦點對我們的眼和腦是輕而易舉的事，而對人工智能卻是最具挑戰性的難題。為什麼這樣呢？我們的神經元是如此的慢。我們的閱讀速度不及簡單個人計算機處理速率的百萬分之一。像人腦這樣慢的機器，性能怎會如此卓越呢？第4章到第5章探討的就是這些問題。

這里提出了一個可望而不可及的問題：假如光機能不受人類限制因素的阻礙，深人利用光的空間相容性資源，那將發生什麼情況？這是對3代光機的挑戰。第6章描述支持互聯網上頻帶寬度爆炸的光電計算機。隨后轉到第7章描述的視覺智能，在那里以光的形式出現的信息控制着光，互聯網上的智能已分布到比人腦神經元數量還要多的智能節點上了。它代表的是哪類智能呢？

充分發掘利用光的空間相容性要求圖像成為信息單位。如果比特這個簡單的信息單位被整幅圖像所取代，那會怎樣呢？在這類機器中一幅圖像能告訴另一幅圖像去做什麼。第8章就描述了以光學方法把信息存儲於晶體中並能形象思維的全息計算機。

在光的空間相容性的驅動下，光學機器演化的頂峰是量子光學計算機。我們現有的全部經驗都不足以使我們應付量子技術帶來的翻天覆地的變化。到量子神經網絡通過量子遠距輸送，在量子互聯網上連成一片時，會發生什麼情況呢？整個網絡將變成一個宏觀量子波函數。這個網絡會具有意識嗎？

這就是我們從人類文明初期發明的一種象形文字，即從最早的視覺語言起，到新世紀的全息量子計算機為止這一歷程中遇到的一些問題。讓我們拭目以待吧。