流浪地球3怎么拍，来听科学家开脑洞！【科幻V计划4（上）】_风闻

原创：中科院物理所

2023年3月31日，我们邀请到了《流浪地球2》电影科学顾问做客直播间，分别有中国科学院计算技术研究所研究员王元卓，中国科学院物理研究所研究员李世亮、梁文杰。我们还邀请了量子计算领域专家、中国科学院物理研究所特聘研究员沈洁，来和大家分享《流浪地球2》的幕后故事。

直播间现场：从左至右分别是主持人陈逸雯，嘉宾梁文杰、王元卓、沈洁、李世亮。

重要声明：在场的人都是不知道任何关于球3的剧情的！我们现在的信息量和大家一样，只是不知道我们的脑洞和观众们的哪个更大胆。

01

什么是量子计算机？

沈洁：量子计算机起源于薛定谔方程，我们可以通过解薛定谔方程得到波函数，量子力学中的所有现象都可以用波的形式去解释，比如说刚才讲到的波的干涉。对量子计算机来说，最重要的一个事情是它的量子比特。量子比特和经典比特是不一样的，经典比特只能处于0态或者1态，就像一个开关，只能开或者是关；而量子比特处在0态和1态的叠加态上，像一个旋钮，可以旋到中间任何一个叠加态上，只要可能性加起来等于1。

经典比特（左）与量子比特（右）示意图

02

怎样实现量子比特？

沈洁：现在有非常多的技术路线实现量子比特。走在最前面的叫做超导量子比特，用到的就是超导现象；另外一种就是利用自旋电子制备量子比特；还有我们现在在做的拓扑量子比特。物理学上，所有物体能量越低的时候量子现象越明显，比如说一个电子，在室温下它的能量非常高，以经典现象为主；为了让量子现象丰富起来，我们需要将这个电子冷却，能量降至非常非常低，此时从不确定关系我们可以知道，它可以延伸的空间尺度会更大，也就是更有利于量子相干的产生。因此我们需要一台用来降温的“超级冰箱”，就是稀释制冷机。像我们实验室的这台可以降温至10mK的温度。

稀释制冷机 | 中科院物理所固态量子Q02组实验室拍摄

沈洁：刚才说的技术都是利用了固态的电子，其实还有一些其他的技术，比如说光子冷却技术，我们可以抽真空只保留一两个原子，然后用激光将它们冷却，而不需要将整体的温度降下来。有非常多的实现方式，但是整体思路是一致的，可以用不确定关系来理解，即两个共轭量乘积是固定大于等于一个值，想要让量子现象丰富，就需要将其能量降低到非常低。

03

如何理解智能量子计算机中的“智能”？

**王元卓：**当时想找一个算力可以无穷大、能耗和体积可控的一台计算机，这个情况下的一台计算机就能够支持超级人工智能对算力的需求。那么什么样的一个计算机既能让大家耳熟能详、又能让这个听起来有些未来感呢？量子计算机就是一个不二的选择。但是我就怕像沈洁老师这样的专业人员质疑我，说你们的量子计算机不是我们研究的量子计算机，所以我说加个定语吧，这就是“智能”的由来。

王元卓：计算机的智能是一个不断发展的概念，比如最早期是从感知的角度实现智能化，再往后从认知的角度实现智能化。认知上的智能化指的就是计算机可以自己进行学习、演进。简单来讲，最简单的智能可能就是一个识别的能力，能够识别出一个人、一个图像；再复杂一些，便可以描述图片上是有什么样的内容，比如说图片中的羽翼；再往后，便可以实现跨模态之间的识别跟转化，比如文字与图像之间的识别转化。在不同领域当中，“智能”的作用是不一样的。但是像ChatGPT这样的生成模型，它要做的是跨领域的学习，并在学习之后能够生成一种之前可能不存在的东西，比如我让它画一个牵着猫的小女孩，它画出的图片可能是之前完全没有的东西。

04

如何看待ChatGPT？

**王元卓：**其实我这几天也一直在感慨这个事。我这段时间有时候会去讲一个讲座，我在不断翻新PPT里的内容，就是“从ChatGPT到MOSS到底还有多远”。其实我也非常地庆幸，之前我们在《流浪地球2》的设定中选择了或者说创造了现在这样的一套技术路线，它跟ChatGPT的技术路线是非常类似的。

王元卓：人工智能有三个重要的要素。一个是我们前面讲的算力，要有超强的计算算力，同时还要尽量少花钱；一个是要有大量的数据让它学习；还有一个就是算法模型，我们之前的那些应用，比如人脸识别、自然语言处理，他都是这样一组模型，可以在某一方向的功能上面做到准确率越来越高。这就是传统人工智能所需要的三要素——算例、数据、算法。

**王元卓：**现在ChatGPT也离不开这三要素，一方面它有非常大的算力资源在支持它，GPT3.5公布的模型有1750亿个参数，通过你给它投喂的数据将这些参数不断地精确化，直到最合适的那个数值。这是一个特别庞大的模型。这个模型的规模就会导致它拥有各种领域的智能，可以根据我们的需求生成各种各样的内容。为什么你问问题它会回答呢？因为它首先学习了一个结构，就是回答你这类问题，什么样的结构通常是最合理的，然后它会去找到相应的事实填充进去，最后生成一个回答。

机器学习模型示意图

05

MOSS的诞生

**王元卓：**想要实现电影中的强人工智能是不可能的，除非有一个特别强的模型介入进来，加速智能进化的进程，这也是我们在《流浪地球2》中设置数字生命这一存在的原因。数字生命就像现在ChatGPT里面的GPT-4，是一个大模型，有两种产生方式，第一种是****程序员为他写了一个胚胎，让他具有自主学习的能力，然后他通过不断学习不断长大；另一个就是像图丫丫这种，将人脑的意识复制出来变成一个数字生命，可以说是一种投机取巧的方法，直接将人脑中的积累复制出来，实现成熟的强人工智能。

06

剧中是否有出现MOSS自我意识觉醒的转折？

王元卓：图丫丫是促使MOSS产生自我意识觉醒的一个因素，是开启的钥匙，但最终实现的MOSS一定不是图丫丫，它是一个迭代了无数轮的人工智能。在2022年之前，我一直跟大家强调，不同担心人工智能，人工智能的到来可能是几十上百年后的事，我们要拥抱科技带来的便利，但是ChatGPT的出现也确实颠覆了我对智能发展速度的认识。我们原先认为人工智能的发展速度是线性的，或者是指数的，但现在它的实际发展速度是阶跃的，这个速度令我很吃惊。

《流浪地球1》剧照

07

人工智能能否跳出投喂的数据集，生成全新的数据？

**王元卓：**我们可以用AlphaGo来看这个问题，AlphaGo能下赢很多棋手，它自我生成了很多棋谱，包括当时的世界冠军在内，一看到这些棋谱就说是没见过的，这就是它自我生成的新棋谱，也就是说人工智能是可以生成新数据的。

**王元卓：**我有一个博士生是专门做答案可靠性检测的，我们一直说有些答案是叫一本正经胡说八道，就是我们看似很严谨的一个论述，里面很多东西可能是不对的，所以我要去验证它是不是有意产生不对的答案，做一些研究的工作。我们不但要看能否生成回答，还要看生成的质量以及回答的可信度。比如说它会生成林黛玉倒拔垂杨柳，我的学生拿来问ChatGPT，说你给我讲一个林黛玉倒拔垂杨柳的故事吧，然后它真的编了一个林黛玉是什么样的一个人，看见柳树，最后把柳树拔了的故事。这****就是生成模型，他不会受到那些历史人物、固有事物的影响。

梁文杰：有一个说法，ChatGPT对于稳定的、有稳定答案和稳定规则的系统，他能做得非常好；但人经常要解决的问题是没有规则的，人要创造规则，这可能就是人工智能欠缺的地方。

王元卓：还有一个重要的问题，就是个性化的问题。比如如果我之前没见过你，不知道该跟你聊什么，但我们聊了一会儿我就知道了你的背景、经历、兴趣爱好以及性格特点等等，那我再说话就很容易，也就是常说的“见人说人话”。这种学习能力是你要给它一点适应的时间的，ChatGPT也一样，你刚开始问它的时候你觉得这个不对，你就会反复再问它，这时候它就在学习：哦原来他不想要这个想要那个，学了一段时间你再问它类似的问题，它就会给出一个基本符合你需要的答案。这就是一个个性化的过程。

**梁文杰：**今天是3月31日，我前几天在网上看见有个说法，这叫the March Madness，三月疯狂，就是描述着ChatGPT这个突然的变化，一直到了人类过载说咱们暂时停一停。我觉得这确实是对人的冲击。

08

人和ChatGPT最本质的不同在什么地方？

**李世亮：****ChatGPT本质上就不是跟我们人能够直接沟通的系统。我们能够沟通的都是我们以为的ChatGPT，就是能跟个体沟通的那一个；但它其实同时在跟无穷多的人在沟通，整个加起来才是它自己。所以从这方面讲，当你尝试理解ChatGPT的时候，你永远理解不了。**就像蚂蚁无法用触角测量整个人类社会，它无法理解我们人类的生活。

**李世亮：**大家在说四维空间怎么理解的时候，就用三维和二维空间举例，说一只蚂蚁在平面上爬，它只知道这个平面，不知道三维的空间。那么将来我们的ChatGPT也是，至少目前我们不知道它到底是怎么运作的，它对我们人类来说是个黑箱，我们永远只能接触到它的一小个方面。我们无法知道ChatGPT到底是什么，只是我们从人的角度将它定义为了人工智能。

09

如果ChatGPT不加约束地去发展，最终会发展成什么样子？

**王元卓：**如果从现在开始发展，到50年后，这就是MOSS。我们在给《流浪地球2》设置MOSS的技术路线的时候，其实就是给球1里的MOSS找一个可行的路线，那如果从现在开始找的话，就是ChatGPT。

**李世亮：**现在从科幻的角度来说，MOSS说不一定是第一个实现的，我们物理学发展太慢，到流浪地球的时候行星发动机可能还真实现不了。

《流浪地球2》剧照

陈逸雯：电影里马兆在他的办公室电脑下面贴了一行字，“元指令：延续人类文明”。虽说这听起来是一个要保护人类的一个指令，但实际上你并不知道MOSS基于元指令和它背后复杂的思考推断出来的行为，到底是不是延续人类文明。我觉得这就是人工智能，无论是MOSS还是ChatGPT，我们可能都需要担心一个事情，就是即使我们给了它一个我们认为是善的旨意，它最后会做出什么样的行为是无法预计的。

《流浪地球2》剧照

**李世亮：**是的，这个结果有很多科幻影视剧讨论过，比如说很经典的《太空漫游2001》，里面的人工智能把保密的指令理解成“人死了是最保密的”，从这个角度上我们很难确保一个无害的人工智能。但是我从个人角度理解，**既然ChatGPT这么聪明，它原则上会有比我们想象得更好的理解。**我对人工智能技术的发展还是很乐观的。

10

电影中有一段旋转和重复空间的镜头，老师们对这个镜头有什么看法？

**王元卓：首先从视觉呈现这个角度来讲，这是一个非常好的镜头，和《星际穿越》中高维时空的片段有些神似。还有另一个角度的理解，就是数字生命所在的空间是什么样的。**这些年好多人在讨论元宇宙，这也是我们当时在设计《流浪地球2》时插入非常多和数字生命、数字空间相关内容的一个原因。一方面，数字空间在理论上是无限大的，只要有足够的算力支撑，这样的房间可以无限延展；另一方面，只有进入到数字空间，才能看到周边这种无限延伸的房子的情况，所以插上那个卡就是一个进入元宇宙的过程。

《流浪地球2》剧照

**王元卓：**对我来说这段呈现非常漂亮，作为科学顾问也好，大家作为科学家也好，反倒没必要强去做科学解读。当这个片段呈现给大家之后，有那么多网友肯去做各种解读，我觉得就已经成功了。

李世亮：关于这个片段我可以给一个解释，就是在做理论计算算格点的时候，因为算力的问题，你其实只能算有限格点，但我实际的材料是无限多的，那我怎么能够模拟呢？必须假设一个边界条件，最常见的就是周期性边界条件。

梁文杰：我感觉这个屋子是重复的，所以它有可能是通过不断地迭代找到不同的可能性。

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这个镜头是否预示着球3中可能出现很多个MOSS，甚至形成了一个人工智能社区？

王元卓：其实你感觉MOSS像是有好多个，但它们其实都是那一个MOSS的分MOSS而已，它们其实都是一个核心，大模型只有一个。

沈洁：这其实可以脑洞再开大一点，就是怎么去定义生命。我作为一个个体是生命，人类作为一个全体是否是生命。

**李世亮：**也许对MOSS来说并不存在这种问题，对它来说这是自然而然的，只有人才会去问。有个问题是说人和动物到底有什么区别，后来比较了半天发现只有人才会问这种问题。

李世亮：也有可能可以从数据去定义生命。比如物理中有一派认为宇宙可以理解成好多qubit，信息才是真实的，我们都是信息的表现而已**。**那从MOSS的角度来讲，数据定义了它是一个独立的个体，比如有两个MOSS，物理上断开网络链接，一旦联网，数据之间没有隔阂，它本质上就是一个生命。

**沈洁：****错误可能会导致两个数字生命的不同。**如果一直不犯错，它永远在一个循环里进行；突然中间出现一个错误，导致了独立数字生命的存在。

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电影采用倒叙的叙事，给人感觉像是有一只能够预知未来的眼睛。如果MOSS算力无限强大，有可能准确预知未来吗？

梁文杰：物理上有一个拉普拉斯妖就是这个概念，如果世界是决定性的，那便可以有台完美的计算机能够把宇宙开始之后的事情全部算到。

**王元卓：**现在其实无论是用大数据技术还是人工智能模型，可以做一些较为精准的时序或者时态的预测，就是在某一时间或时间段里面可能会发生什么事。

王元卓：至于说几十年后的情况，我们可以换几个科幻电影来类比一下。比如说《少数派报告》中，人的特异功能可以预测未来，提前把犯罪者控制起来来避免犯罪行为的发生，从而改变未来。另外就是我个人非常喜欢的一部美剧《西部世界》，里面有一个超级人工智能雷荷波，它可以控制它知道的每个个体的生命走向，对于无法控制的人，它会选择干掉他，因为它不能允许变量的存在。所以预测肯定是可以做的，关键就是看你怎么去处理那些不确定性的变量。

**李世亮：**我们可以知道局域电子的行为、局域的自旋的相互作用，但是它集体的行为是非常复杂的，是无法通过传统局域哈密顿量算出来的，有这样一种拓扑性质的存在。对于人类或者其他复杂体系，我相信也可能有类似东西的存在，哪怕知道上一个层级每一个个体的行为，但是你还是无法算出整体的行为。

**沈洁：**MOSS所说的保持人类文明可能就是说的保持我们的拓扑序，这个拓扑序是固定的，至于中间每一个环节是怎么走的，那对它无所谓。

**梁文杰：**电影里刻画的是未来发生的一切MOSS都知道，但对于我们人类来说这就太无趣了，因为我们将来会怎么样都已经定下了，那我们还奋斗啥啊。

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MOSS能够理解人的自我牺牲行为吗？

**李世亮：**我不觉得MOSS会理解不了所谓的牺牲或者类似的事情。既然它有那么多历史可以学习，个体的牺牲在历史上都是发生过的，所以它应该能预测到这件事。

**李世亮：**MOSS设计了这么多的东西，明显是会联系到球3的，所以我预言MOSS在球3里会变成一个好人，它终于理解了什么是牺牲，最后红灯闪闪牺牲了自己。

**沈洁：**它要延续人类的文明，计算出来的结果就是把自己牺牲掉。

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剧情中拯救水淹服务器一段被网友指出存在BUG，如果让老师们来拍，老师们会怎样安排让剧情更合理？

**梁文杰：**我会设计成光量子计算机，里面是光纤不怕淹水短路。

**李世亮：**那个喷雾里面其实有无数多的纳米机器人，它们可以直接从箱子缝隙进去给线缆进行修补。

**沈洁：**我会学习大刘，采用一些逆向思维的设计。比如借助发动机让地球转个弯或者停顿一下，使水失重产生一个真空的通道，在通道持续时间内进入将计算机连接上。

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《流浪地球3》中，刘培强怎么复活？

**李世亮：**可以不用复活，还想让吴京出镜，直接在回忆中出现，想起了当年刘培强的事迹，这在影视上是十分容易处理的，不需要科幻来做。

**沈洁：**还是逆向思维，我们现在看到的电影只是MOSS模拟的世界发展中的一条线，这条线到最后发展不下去了就要重启换一条线。

**李世亮：**要复活也行，可以作为数字生命再次出现，和刘德华来一场真正的对手戏，然后他们跟MOSS有一个激烈的争斗，最后MOSS终于理解了牺牲。

本项目由北京市科委、中关村管委支持。