航天技術在快速發展，通訊網路也面臨著前所未有的變革。當我們在談5G技術，以及描繪它給我們未來生活帶來哪些改變時，據稱6G技術的研發已經在路上了，一種被認為比現在5G技術能耗更低、成本更低，以及海陸空全域覆蓋的網路通訊技術一旦它出現，帶來的變革將會更徹底。
除此之外，量子技術、人工智慧正在改變我們的生活。本文節選自《未來呼嘯而來》一書，列舉5個黑科技，它們是如何顛覆未來的商業社會和我們的生活。作者戴曼迪斯和科特勒都是美國非常出色的暢銷書作家，同時也是優秀的科技創新者。
未來呼嘯而來
彼得·戴曼迪斯&史蒂芬·科特勒
/ 著
北京聯合出版公司 2021年1月
01 量子計算
沒想到吧，宇宙中最冷的地方其實位於陽光充足的加利福尼亞。在伯克利郊區的一個超大倉庫裡，懸掛著一條巨大的白色管道。這是一個人造低溫裝置，是下一代低溫製冷機，可以冷卻到 0。003 開爾文，或者說，接近於絕對零度。
早在 1995 年，智利的天文學家就探測到回飛棒星雲（Boomerang Nebula）內部的溫度為 1。15 開爾文。這是一個創紀錄的發現，是宇宙中自然界最冷的地方。相比之下，這條白色的管道還要低差不多 1 開爾文，這使它成為宇宙中最寒冷的角落，同時也是一種極端的凍結狀態，能夠保證一個量子位處於疊加狀態。
這是什麼意思？
在經典計算中，“位”是二進位制資訊的一小塊，要麼是 1，要麼是 0。
“量子位”（qubit）則是這個概念的更新版本，其全名為“quantum bit”。
與非此即彼的二進位制位不同，量子位所實現的是“疊加”，這使它們可以同時處於多種狀態。
讀者不妨想一想拋硬幣的兩種結果：正面或反面。再考慮一個急速旋轉中的硬幣，正反兩種狀態瞬間就會閃過。對於量子來說，這就是疊加，只是需要超級低的溫度才能實現。
疊加意味著力量，極大的力量。經典計算機需要數千步才能解決的難題，量子計算機只需兩三步就能解決。我們可以這樣理解，IBM 公司製造的、在國際象棋比賽中擊敗了國際象棋大師加里·卡斯帕羅夫（Gary Kasparov）的“深藍”（Deep Blue），每秒可以計算 2 億步，而量子機器可以提升到一萬億步甚至更多，這就是隱藏在那條白色大管道里的力量。
這條管道屬於裡格蒂計算公司（Rigetti Computing），是“大衛對抗歌利亞”式科技傳奇故事的主角之一。（編者注：歌利亞是傳說中的巨人，帶領非利士人攻打以色列。最後被牧童大衛用彈弓打中腦袋，割下首級。大衛日後統一了以色列。）目前，在量子計算領域，參與競逐“量子霸權”的選手，也就是建造一臺能夠解決經典計算機無法解決的問題的量子計算機，主要是谷歌、IBM 和微軟等傳統科技巨頭，以及像牛津大學和耶魯大學這樣的學術堡壘，裡格蒂計算公司這樣的小企業，在其競爭對手面前，顯得有些另類。
裡格蒂計算公司創辦於 2013 年，物理學家查德·裡格蒂（Chad Rigetti）認為，量子計算機行業已經比許多人想象的更接近於啟動的黃金時間，他希望成為推動這項技術突破終點線的人。因此，他辭去了在 IBM 公司擔任量子科學研究員的舒適工作，籌集了超過 1。19 億美元的資金，建造了這條有史以來最冷的管道。在成功申請了 50 多項專利之後，裡格蒂計算公司現在製造的整合量子電路已經可以直接連線到雲端的量子計算機上了。很顯然裡格蒂是對的，這項技術確實解決了一個大問題：
摩爾定律的終結。
所有這些技術都構成了對摩爾定律的挑戰，儘管它反映了一個長達 60 年計算能力不斷提高的浪潮。
電晶體的功率，也就是測量這個浪潮大小的方法，通常用“FLOPS”，即“每秒完成的浮點運算次數”來計算。1956 年，計算機的運算能力為每秒 1 萬次浮點運算。到 2015 年，這個數字變成了每秒 1 萬億次浮點運算。正是這種成億倍的進步推動了科技的進步。
然而，在過去的幾年裡，摩爾定律的這種發展速度一直在放緩，問題出在物理方面。我們知道，積體電路的改進縮小了電晶體之間的距離，這讓我們可以將更多的電晶體封裝到晶片上。1971 年，通道距離，也就是電晶體與電晶體之間的距離，為 1 萬奈米。到 2000 年，這一距離減少到大約 100 奈米。而現在，電晶體之間的距離已經減少到大約 5 奈米了。於是麻煩來了，在這樣的微觀尺度下，電子開始“到處跳躍”，從而破壞了它們的計算能力。這就成了電晶體發展的物理極限，帶來了摩爾定律的絕唱。
但是，未必。
雷·庫茲韋爾認為：
“摩爾定律並不是第一個，而是第五個提供加速價格效能的正規化”
。他這樣寫道：“計算裝置的（單位時間的）運算能力一直在成倍增強：從 1890 年美國人口普查過程中使用的機械計算裝置，到圖靈用電磁繼電器製造的 Robinson 密碼破譯器（用於破解納粹德國的密碼），到哥倫比亞廣播公司成功預測了艾森豪威爾將會在選舉中勝出的真空管計算機，到第一次航天發射中所用的電晶體計算機，再到基於積體電路的個人電腦，都是如此。”
庫茲韋爾的觀點是，每當一項指數型技術的實用性達到極限時，就會有另一項技術取而代之。今天計算機所用的電晶體也是如此。現在，至少有 6 種方法可以解決摩爾定律終結這個問題。但是，與量子計算相比，所有這些解決方案都顯得蒼白無力。
2002 年，最早的量子計算公司之一 D-Wave 創始人喬迪·羅斯（Geordie Rose）提出了摩爾定律的量子版本，這個定律現在被稱為羅斯定律。基本思想與摩爾定律相似：
量子計算機中的量子位數量每年都會翻一番。
然而，羅斯定律也經常被稱為“超強版摩爾定律”（Moore’s Law on steroids），因為疊加態中的量子位的“能力”要比電晶體中的二進位制位大得多。這樣說吧。一臺有 50 個量子位的計算機擁有 16 PB 的記憶體。這是一個非常大的記憶體，如果它是一臺 iPod，那麼將可以容納 5000 萬首歌曲。而且，只需在此基礎上再增加 30 個量子位，就會得到完全不同的結果。假設宇宙中的每一個原子都能夠儲存一個位元的資訊，那麼一臺 80 個量子位的計算機所擁有的資訊儲存量將比宇宙中所有的原子還要大。
正因為如此，我們實在無法預料，一旦量子計算真正開始走向成熟，會帶來怎樣的創新。我們知道這前景極其誘人。由於化學和物理都是量子過程，因此，正如牛津大學物理學家西蒙·本傑明（Simon Benjamin）所指出的，以量子位為單位的計算將迎來一個“新材料、新化學和新藥物大發現的黃金時代”。量子計算還將放大人工智慧、重塑網路安全，並且讓我們有能力進行極其複雜的模擬實驗。
02 人工智慧
2014 年，微軟公司在中國發布了一款聊天機器人，名字叫“小冰”，她要完成的使命似乎就是用來測試使用者的反應。（編者注：小冰的原創詩集《陽光失了玻璃窗》中文簡體字版已由湛廬文化策劃、北京聯合出版公司出版。這是人類歷史上第一部 100% 由人工智慧創作的詩集。）與大多數個人智慧裝置（它們往往是為完成特定任務而設計的）不同的是，小冰在使用者友好方面做了最佳化。她的目標不是儘快完成工作，而是讓談話繼續下去。由於小冰被設計成要像一個 17 歲左右的女孩那樣做出反應，因此她並不總是“很有禮貌”的。
小冰還懂得譏諷，有時甚至顯得相當辛辣。這是不是很令人驚訝？是的，有點。例如，雖然小冰是用神經網路構建的，但是當被問及她是否理解神經網路的工作原理時，她的回答卻是：“是的，老鐵！”
因為小冰的任務是建立情感聯絡，所以她會給出很多建議，往往是一些奇怪卻又顯得有些睿智的建議。例如，有一次，當一個使用者告訴小冰“我覺得我的女朋友在生我的氣”時，小冰反問道“你是不是更加關注什麼東西會把你們拆散，而不關心什麼東西能夠讓你們結合在一起”。
因此，與小冰的對話往往會在午夜過後的幾個小時裡達到高峰，這讓微軟公司的高管懷疑是否需要給這個人工智慧設定宵禁。小冰如此廣受歡迎，以至於在 2015 年，上海東方衛視“聘請”小冰在早間新聞時段“直播”天氣預報，這是人工智慧首次被用於這類特殊工作（當然，也不會是最後一次）。
也正是在 2015 年，小冰在電視上亮相前後，人工智慧開始從欺騙性階段過渡到顛覆性階段。造成這種轉變的原因有兩個。第一個原因是大資料的出現。
人工智慧的真正力量在於它能夠發現隱藏在模糊資訊之間的聯絡——這種聯絡本來沒有人會注意到。
因此，輸入人工智慧的資訊越多，它的表現就越好。
2015 年左右，由於網際網路和社交媒體的發展，海量資料開始出現。以對貓的影象識別為例。事實證明，所有關於貓的影片對於訓練人工智慧進行影象識別和場景識別都是非常重要的。你在社交媒體上給出的喜歡或不喜歡的評價，也是一樣。換句話說，儘管很多人認為社交媒體讓人變得更笨了，但是它確實讓人工智慧變得更聰明瞭。
第二個原因是圖形處理器的湧現。在上述資料集出現的同時，特別便宜但功能非常強大的圖形處理器也在大量湧入市場。圖形處理器是用來驅動電子遊戲中層出不窮的複雜圖形的，它們也可以為人工智慧提供動力。
這個技術融合——大資料集與廉價而強大的圖形處理器相遇的級別相對較小，但是它的結果卻引發了歷史上最快的入侵之一——使人工智慧就此入侵了我們生活的方方面面。
首先出現的是機器學習，它使用特定演算法分析資料，並從資料中學習，然後對世界做出預測。奈飛和聲田（Spotify）推薦電影和音樂時，用的就是機器學習演算法；IBM 的沃森在充當理財師時，用的也是機器學習演算法。
接下來，神經網路出現了。受人類大腦的神經生物學機制的啟發，這些網路能夠從結構化的資料中進行無監督學習。
你不再需要向人工智慧一次一個地提供資訊了，相反，有了神經網路，你只需將它們釋出到網際網路上，系統就會完成剩下的工作。
在 2017 年，谷歌的 AlphaGo 打敗了世界圍棋冠軍李世石。圍棋的博弈樹的複雜度達到了 10360，那簡直是超級英雄下的圍棋。或者換一種說法，人類是已知的唯一擁有下圍棋所需認知能力的物種。大自然花了幾十萬年的時間才進化出了這種能力。相比之下，人工智慧在不到 20 年的時間裡就實現了這一目標。
當然，人工智慧“技不止此”。在 AlphaGo 獲勝幾個月後，谷歌升級了 AlphaGo 的訓練風格，將其更新為 AlphaGo Zero。AlphaGo 是透過機器學習來學習的，要把人類之前下過的成千上萬局棋的棋譜“喂”給它，並告訴它每一個可能位置的正確走法和錯誤走法分別是什麼。與此不同的是，
AlphaGo Zero 只需要“零資料”，因為它依賴的是“強化學習”，也就是說，它透過與自己下棋進行學習
。
從幾條簡單的規則開始，AlphaGo Zero 只花了三天時間就打敗了它的“父親”AlphaGo。幾周之後，它就橫掃了全世界最好的 60 名圍棋選手。只花了 40 天時間，AlphaGo Zero 就成了地球上無可爭議的最佳“圍棋選手”。
2018 年，這些人工智慧開始走出實驗室，進入現實世界。美國食品藥品監督管理局已經批准人工智慧在急診室工作。事實上，在預測呼吸衰竭或心力衰竭猝死方面，人工智慧已經比醫生做得更好了。Facebook 依靠人工智慧來發現使用者的自殺傾向，美國國防部利用人工智慧來發現士兵抑鬱和創傷後應激障礙的早期跡象。
03 網路
1844 年 5 月 24 日，美國畫家、“電報之父”塞繆爾·莫爾斯（Samuel Morse）發出了一份電報，上面只寫了這樣四個英語單詞：“What hath God wrought（上帝創造了什麼）？”莫爾斯的電報既解決了那個時代的問題，也預示著一個新的網路時代的誕生。莫爾斯是透過一條從華盛頓特區延伸到馬里蘭州巴爾的摩的實驗性電報線將這幾個字傳送出去的，這就是全世界第一個資訊網路，儘管它只是一個只有兩個節點的草圖。
32 年後，“電話之父”亞歷山大·格雷厄姆·貝爾（Alexander Graham Bell）大大擴充套件了網路，但是他也只多用了 5 個英語單詞。1876 年 3 月，貝爾打出了地球上第一通電話，那是一份只有 9 個單詞的邀請：“Mr。 Watson，come here。 I want to see you（華生，到這裡來。我想見你）。”更重要的是，貝爾擴大了這些網路的能力。
貝爾的發明並沒有提高資料傳輸的速度，電報利用的是透過電線傳輸的電流，電話利用的仍然是透過電線傳輸的電流，但是它極大地改善了資訊傳輸的數量和質量。更有利的是，電話擁有一個使用者友好的介面。我們不需要花幾年時間去學習那些複雜的東西，而只需拿起電話聽筒撥號就可以使用電話了。
在有了這第一個使用者友好的介面之後，網路開發就擺脫了欺騙性階段，逐漸走向顛覆性階段。1919 年，只有不到 10% 的美國家庭擁有固定電話。想要從東海岸打三分鐘到西海岸的電話嗎？沒有問題。不過需要支付一筆不小的費用，在當時是 20 美元，差不多相當於現在的 400 美元。但是到20 世紀60 年代，從美國打電話到印度一分鐘只需要10 美元。今天，則只需大約 28 美分。
然而，所有這些都只是熱身而已。在過去的 50 年裡，網路已經從彼此隔離的分裂階段進入了幾乎無處不在的階段。我們現在已經幾乎在地球的每個角落都連線上了網路：光纖電纜、無線網路、骨幹網、空間站、衛星網站等。網際網路是世界上最大的網路。2010 年，地球上大約 1/4 的人口，即18 億人，都連上了網際網路。
到2017 年，手機已經普及到了38 億人，約佔全球總人口的一半。但是在未來的 5 年裡，這些聯絡將擴充套件到我們所有人，所有今天尚未連線的普羅大眾都將上線，使全體人類都連成一個網路。
以千兆位元的速度和極低的成本，所有人都將加入全球對話。這就是網路未來的走向。
04 氣球、5G和衛星
到 20 個世紀 90 年代，也就是網際網路剛剛出現的時候，2G 出現了。但是這段旅程並沒有持續多久。10 年後，3G 出現，開啟了一個加速的新時代，頻寬成本開始大幅下降，而且速度極為驚人（每年下降 35%）。到2010 年，智慧手機、移動銀行和電子商務催生了 4G 網路。從 2019 年開始，5G 又將開始加速整個交易，能夠以接近於零的價格提供比 4G 快 100 倍的速度。
5G 到底有多快？使用 3G，下載一部高畫質電影大約需要 45 分鐘。而在 4G 網路下，則可以將下載過程縮短至 21 秒。但是在 5G 網路下，又會怎樣？你讀完這句話所花的時間可能比下載那部電影的時間還要長。
而且，就在這些手機網路在地球上如藤蔓般快速蔓延的同時，還有很多其他的手機網路也在天空中萌芽。字母表公司目前正在大力推動 Loon 專案（這個專案最初提出時可能被稱為 Loony 專案）。它是 10 年前誕生於這個科技巨頭的臭鼬工廠“谷歌 X”，當時的想法是用定位於平流層的熱氣球來取代地面發射塔。這個想法現在變成了現實。
谷歌的熱氣球尺寸為 15 米乘 12 米，它們重量很輕，但足夠耐用，可以長期存留於離地面 20 千米的高空，為地面使用者提供 4G-LTE 連線。每個氣球能夠覆蓋 5000 平方千米。谷歌的計劃是建成一個有數千個這種熱氣球的網路，將所有未連線到網路的人連線起來，為地球上任何地方的任何人提供連續的網路服務。
在 2019 年初，亞馬遜加入了衛星網路競賽。它的 Kuiper 專案，一個由 3，236 顆衛星組成的星鏈，旨在為世界提供高速寬頻。SpaceX 的啟動比亞馬遜還要早 4 年，並且在 2019 年超越了亞馬遜。當時，SpaceX 開始部署一個由上萬顆衛星組成的巨型衛星鏈群（距地面 1150 千米處有 4000 顆，340 千米處有 7500 顆）。如果成功了，將意味著全球都擁有千兆以上的連線速度。
那麼，在更高的地方還有嗎？當然！
在距地面 8000 千米的地方，也就是技術上所說的中地球軌道上，波音公司正在推進 O3B 專案，以建設最新一代的網路。O3B，即“Other 3 Billion”，“其他 30 億人”之義。這個星鏈將由波音公司製造的多兆位元衛星組成，它被稱為“mPower 網路”，旨在為所有目前沒有網路的人提供網路連線。
總而言之，在下一個十年的中期之前，任何想要上網的人都可以連線上網。有史以來第一次，20 世紀 60 年代的那句老話“同一個星球，同一個人”將最終變成現實，儘管是以網路的形式。隨著上網人數的翻倍，我們將有很大的機會親眼見證迄今為止最具歷史意義的技術創新和全球經濟進步的加速過程。
05 感測器
2014 年，在芬蘭的一個傳染病實驗室裡，衛生研究員佩特里·拉特拉（Petteri Lahtela）發現了一件奇怪的事情，他突然意識到他所研究的很多問題的條件都存在著重疊。例如，在檢查一些醫生認為互不相關的疾病時，比如萊姆病、心臟病、糖尿病等，他發現所有這些疾病都對睡眠有負面影響。
這就引發了一個因果關係問題。是所有這些疾病都導致了睡眠問題，還是反過來，透過改善睡眠，這些疾病就能夠治好，或者至少症狀能夠得到緩解呢？更加重要的是，怎樣才能做到更有效地治癒這些疾病？
拉特拉發現，要想解決這些難題，他需要得到相關資料，很多很多資料。在收集這些資訊的過程中，他很快就意識到自己可以利用最近出現的一個技術上的轉折點。2015 年，在智慧手機技術進步的推動下，小而強勁的電池與小而強大的感測器開始融合到一起。事實上，他意識到，由於它們體積小而功能強大，要建造一種新型的睡眠追蹤器是完全可能的。
任何電子裝置，如果能夠測量某個物理量（如光、加速度或溫度），然後將這些資訊傳送給網路上的其他裝置，都可以被認為是一種感測器。拉特拉正在考慮的感測器是一種新型心率監測儀。跟蹤睡眠的一個很好的方法是監測心率和心率的變異性。
拉特拉發明的是智慧手錶的升級版，名為“烏拉戒指”（Oura ring）。這款戒指的主體是一條光滑的黑色鈦帶，裝有 3 個感測器，可以跟蹤和計算 10 個不同的身體訊號，因此它是市場上最精確的睡眠追蹤器。穿戴位置和取樣率是它的秘密武器。由於手指上的動脈比手腕上的動脈離面板表層更近，烏拉戒指能夠更好地瞭解心臟的情況。
此外，蘋果手錶和 Garamond 每秒只能測量兩次血流量，健身腕帶最多可以測 12 次，而烏拉戒指則每秒可以測 250 次。在獨立實驗室進行的研究中，更好的成像質量和更高的取樣率相結合，使烏拉戒指與醫學級別的心率跟蹤器相比準確率達到了 99%，心率變異性的準確率則達到了 98%。
20 年前，如此精確的感測器要花費數百萬美元，而且必須安置在一個相當大的房間中。而烏拉戒指的價格約為 300 美元，並可以直接戴在手指上，這就是指數型增長對感測器的影響。感測器發展最重要的結果是通常所稱的“物聯網”（Internet of Things，IoT），即將遍佈全球的智慧裝置互連網路。
大學的研究人員估計，到 2030 年，將有 5000 億臺聯網裝置（每臺裝置裝有數十個感測器）。而根據埃森哲諮詢公司（Accenture）的研究，這裡面所包含的經濟價值將達到 14。2 萬億美元。隱藏在這些數字背後的正是格羅斯的思想：那是記錄了地球上的幾乎每一種感覺的“電子面板”。
我們正從微觀世界向奈米世界邁進。這種進步已經導致智慧服裝、智慧珠寶和智慧眼鏡等浪潮的湧起，上面講到過的烏拉戒指就是其中一個很好的例子。很快，這些感測器就會進入人的身體。以“智慧微塵”（smart dust）為例，這是一個只有灰塵微粒大小的系統，可以感知、儲存和傳輸資料。如今，一粒“智慧微塵”的大小像一粒蘋果種子那麼大。未來，奈米級的智慧微粒將會漂浮在我們的血液中，收集資料，探索人體內部—那是科學最後的未知領域之一。
毫無疑問，我們將會學到更多，關於內部的身體，關於外部的一切。這是一個巨大的轉變。從這些感測器奔湧而來的資料量有時大得簡直令人難以理解。一輛自動駕駛汽車每天會產生 4 TB 的資料，這相當於 1000 部電影所包含的資訊；一架商用客機則每天會產生 40 TB 的資訊；一個智慧工廠，則會產生 PB 級的資訊。
在 10 年之內，我們將會生活在一個幾乎所有可以測量的東西都會被持續測量的世界裡。那將是一個極端透明的世界。從太空的邊緣到海洋的底部，再到你身體的內部，我們的電子面板正在形成一個無限可用資訊的感覺中樞。不管你喜不喜歡，我們已經生活在了一個“超意識”的星球上。
正如我們將在未來看到的，這只是故事的一半。
原標題：未來呼嘯而來：指數型技術如何重塑我們的明天 | 黑科技拆解
