本文據張首晟教授近日在谷歌的主題演講整理而成。
以下為演講全文：
謝謝各位前來。我非常開心來到谷歌，被Daya介紹同樣無比的榮幸。在此之前，我們已經彼此交流了很久，今天我想跟你們分享一些個人的看法。
關于未來信息技術內容，包括：量子計算，AI人工智能、區塊鏈。特別是這三者的聯系。我相信目前學術界有很多學者已經在研究這幾方面的內容，但有機會能來參加此次學術會議我還是相當興奮，因為會議研究的主要內容是：三者的內在聯系。
首先跟大家分享一個“古老的”科學新發現。
多科學問題都對應著深刻的哲學問題，我們存在于一個對立統一的世界中，這個世界中有正數，也有負數;有借款也有貸款;有陰也有陽;有好人也有壞人;天使也有魔鬼。在現實生活中同樣也存在著對應的道理。
1928年，其中一位全世界最著名的理論物理學家-狄拉克保羅，嘗試將愛因斯坦相對論運用于量子力學。在數學公式推導的過程中，他遇到了不少的平方根計算。隨后回想到自己高中時期的平方根問題，9的平方根不僅等于3，因為3的平方等于9，有-3的平方也等于9。所以當你對一個正數開方時會同時得到一個正數和一個負數。
狄拉克對開方得出的負數相當不解，這件事對迪拉克產生了深遠的影響。他預言世界上的所有物質，都有正物質和反物質兩種形態。如今在威斯敏斯特教堂，你依舊能找到保留完好的迪拉克公式手稿。
2012年獲得的“保羅狄拉克勛章”是對我的研究工作最值得肯定。就像我剛才講的一樣：當你對一個數開方，可以得到一正一負兩個數字，存在負數是宇宙的一大規律。也就是說只要是宇宙中的物質，就一定存在反粒子。現在看來這是一個再正常不過的完美等式。但在1928年，那個沒有反物質的年代，提出這樣的理論很不容易。比如當時的人認為：電子的反粒子是一種質量相等但帶負電的粒子--質子，雖然質子帶的電荷與電子相反，但它的質量卻是電子的2000多倍所以那時根本沒有人相信他。
但你們猜他說什么?老子的公式如此超前，你們這幫學渣還是先去練級吧。人們確實去提升等級了。狄拉克非常幸運，五年之后，在觀測宇宙輻射的時候(地球上很難觀測到，但宇宙中存在)，科學家們捕捉到了反粒子，并命名為正電子和電子質量相同但帶電相反。
我覺得這是人類歷史上一次偉大的假設。前期假設很美好，后期結果也很給力。如今人類已經將反粒子應用于醫療方面，比如著名的醫學成像技術--正電子層析成像技術，就是利用了反粒子的理論研究出來的。好萊塢也有很多類似的電影題材，比如大家所熟知的達芬奇密碼的續集，天使與魔鬼(原著作者丹布朗，主演湯姆漢克斯)電影的高潮部分就是一段天使與魔鬼為爭奪反物質而展開的史詩般戰斗。
宇宙中到處可見反物質，如果你擁有了反物質或者反粒子，滅霸估計都難奈你何。但這一切都是基于一個美好的推論上，但人類的好奇心從未停止。在狄拉克的偉大假設之后，又有一位偉大的物理學家走入了我們的視野：埃托馬略安娜。他提出了一個問題：有沒有一種物質不含反粒子，或者有沒有一種物質，本身就是他自己的反物質。他提出假設，寫下等式。但這次他沒有那么幸運，沒有人相信他，沒有人見過這個公式，他本人也比較失望。從那以后，這個問題就成了基礎科學中一個未解之謎。
我們有一個科學亟待解決問題列表。比如在這個列表上有什么是上帝粒子和波色子?好在在2012年日內瓦的一個實驗室內上述問題有了答案。再比如引力波，它的提出人愛因斯坦就沒有狄拉克這么幸運了。100年后才被人們發現有引力波這種物質，前兩年才得到證實引力波的存在。這就是那個神奇的列表反物質粒子也在其中。而諸如什么物質的反物質是它本身這樣的問題也就是瑪麗安娜費米粒子問題，一直在這個列表的最頂端。
也許尋找瑪麗安娜費米粒子是科學家們最感興趣的問題。就像我剛才講的一樣。瑪麗安娜非常失望，因為沒有人相信他。
安娜是意大利人。但他登上從納皮爾開往巴勒莫的渡船后從此消失。這是科學界的一個未解之謎。從他消失到今年已經整整80年了，不過告訴大家一個“好消息”：不僅他消失了，他撰寫的文獻也沒有找到。這才是我今天的重點好嘛。他當時是寫下了推導的公式，但是沒有告訴任何人公式放置的地點。這就是為什么我們花了80年去尋找它的原因，但我們在斯坦福的科研小組提出了在哪里和怎樣找到這些粒子?
2010年至2015年前，我們小組撰寫了三篇文獻。第一篇就是準確預測粒子的位置。令我們吃驚的是該粒子并不在大型的粒子加速器中，而在我們常見的一種半導體器件中。之前我已經介紹過了，我們小組十年前發現的一種物質，學名叫拓撲絕緣體，在這種絕緣體中放一些磁性的摻雜劑。拓撲絕緣體的材料是一些普通的絕緣體，而磁性摻雜劑是鉻這種物質。這樣在兩種物體的表面，就會形成一個超導體。我們認為在這種條件下，能夠捕捉到瑪麗安娜費米粒子但僅僅這樣還遠遠不夠。我們不僅要找出粒子存在的位置，還需要找到需要測量的物理量，好在常識幫到了我們。一般情況下，粒子都有兩面性，像硬幣的兩面，有正面，有反面，有正粒子，有反粒子。但是瑪麗安娜費米粒子只存在一種粒子：只有正粒子，沒有負粒子。他就是傳說中的半粒子所以這個半粒子的概念，將會在我接下來的量子計算演講中異常重要。
好了，不管怎樣，瑪麗安娜費米粒子是普通粒子的半粒子對于普通粒子都會存在一定的電導率或導電率。這種電導率一般都能被量子能極化，表現出零級一級二級等能級普通粒子的能級是離散的整數。所以，如果瑪麗安娜費米粒子半粒子那么它表現出的能級特征應該是普通等級的1/2能級3/2能級。所以在半粒子這個系統中，你能夠測量導電率，但一定要在半能級的位置進行測量。
去年在與加州大學加州洛杉磯分校的同事合作中，他們將我們提出的理論模型變為現實。在理論研究的基礎上，測量了瑪麗安娜費粒子的能量。在一二這種整數能級的中間會有1/2這樣的半能級。1/2能級就是瑪麗安娜費米粒子為半粒子的關鍵證據，普通粒子整數能級。瑪麗安娜費米粒子半步能級去年《科學》雜志將該成果刊登后，我們好好慶祝了一番。
在那個激動的時刻，我又想起了曾經看過的電影--天使與魔鬼。我覺得我們在天堂只找到了天使，并沒有找到魔鬼，所以我們稱該粒子為天使粒子。所以說了這么多，到底有什么用?傳統的計算機已經相當強大，但他們擅長的東西并不全面。我給兩個超大的數字讓計算機做加法，他秒秒鐘就算出來了。例如谷歌云，他算得超級快。但如果給計算機一個數字，讓她產生兩個相關的數字。比如15等于5×3，但11就不能。你可能說11等于1×11，但是沒有意義。如果給一個超級超級超級大的數字，它分解成兩個相關的數字，像分解15一樣，或者像11不能分解，傳統的計算機怕是要蒙圈了。唯一的辦法就是進行海量的搜索，從2開始一直搜索下去，到永遠。
所以計算機運行的最大問題是什么?像谷歌云這樣的計算，本質就是一個尋找最優解的過程。當機器尋找最優解時就會搜索所有的可能性，包括尋找最短路徑等方式。這個過程都要花費大量的時間做最優化搜索，這會消耗大量的時間。這就是為什么計算機還需要不斷更新迭代的原因?
讓我們進入到量子世界看看，量子世界的秘密是什么?假設屏幕上有一對雙縫，我用一把普通的手槍分別射擊雙縫子彈。要么通過左邊，要么通過右邊的縫隙。在屏幕后方你將看到兩個彈痕，左右各一個。但如果你嘗試通過雙縫射擊兩個基本粒子，情況就不一樣了。背后看到的不是左右兩個彈痕，而是一副復雜的干涉圖樣。當兩個粒子同時穿過雙縫，干涉圖樣產生，他同時穿過左右兩個縫隙。如果不是同時穿過，干涉則不能產生。所以量子世界就是一個平行的世界：兩個粒子同一時間同時穿過兩個縫隙。
很多人就在思考剛才的問題。傳統計算機解決復雜問題的能力，也許可以使用一臺量子計算機，同一時間同時搜索所有可能的答案。也就是說，理論上，計算機可以同時搜索所有的可能答案，然后立馬給你計算答案，能夠這樣迅速的提高計算機的計算能力，想想就好興奮呢!
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