埃德·弗雷德金:离经叛道的量子计算先驱
埃德·弗雷德金(Edward Fredkin,1934-2023)。
埃德是一位美国计算机科学家、物理学家和商人。尽管他连大学本科都未毕业,但他对量子计算和人工智能做了杰出的贡献,是两个领域的先驱,因而破格被MIT聘为正教授,成为了1981 年MIT计算物理会议的主持人之一。
不过,弗雷德金的生平,却不是如通常学术界教授那般简单,他直到去年(2023年)才以88高龄去世,度过了一个丰富多彩的人生。
埃德的父母都是俄罗斯移民,在洛杉矶相识。母亲是一位音乐会钢琴家,不幸于埃德11岁时因癌症去世,父亲原来是一名颇为成功的商人,开了一家电子产品、收音机店,但在1929年大萧条期间破产,失去了所有的财产。
因此,这个家庭并没有学术基因,但却颇具怀疑精神。埃德继承了父亲喜欢竞争不畏权威的性格,喜爱科学且推崇爱因斯坦,还一度热衷于挑爱因斯坦学说的错误。相对贫困的家庭也激励了小埃德的创业精神,他用送报纸等各种事情来想方设法赚钱。
小埃德颇具冒险精神,崇尚英雄行为,图1是他13 岁时第一次出现在报纸上的照片,那年美国举办历史文献展览,一趟名为“自由列车”的火车环游全国。当火车到达时,年轻的埃德早上两点钟起床骑自行车飞速赶到火车站,就为了成为洛杉矶第一个宣誓登上“自由列车”的初中生!
图1 埃德13岁,MIT会议上
尽管埃德对科学也感兴趣,但因为他太强的叛逆精神,从不做任何家庭作业,所以学习成绩不佳。然而,当年他仍然幸运地被加州理工学院录取了。加州理工学院后来告诉他,他以他们所见过的最差的高中成绩被录取。埃德进入加州理工后,师从诺贝尔奖获得者化学家莱纳斯·鲍林。但他却发现,即使进名校跟名师,也一样无趣。又因他性格孤高狂傲,和大多数老师和同学的关系处得不是很好,学业成绩也平平。家境又窘迫,只能靠自己打两份工挣钱交学费。况且,埃德从小酷爱飞机热衷飞行,挣到的钱还分出去一部分学习飞行课。所以钱花光了后,埃德在1952 年大二时就决定退学了。退学后加入美国空军,成为了一名战斗机飞行员。
回顾埃德的一生,这“退学”到底是好事还是坏事呢?这个问题很难回答,或许是“成也萧何败也萧何”。不过,一个18岁的少年,从大学退学去作飞行员,这个转折无疑对其人生道路影响巨大。
幸运的埃德当了飞行员而避开了朝鲜战争。从飞行学校毕业几年后,空军派他去MIT林肯实验室,帮助测试新生的SAGE防空系统,也接受了喷气式飞机飞行员的培训。林肯实验室是五角大楼资助的技术创新的源泉。埃德在SAGE的测试中,充分表现了他的聪明才智,事实很快证明,那类测试,不是随便哪个人都能做的。于是,在一年半的时间里,埃德接触到了当时IBM最为尖端的计算机:XD-1。在那儿他还学会了编程,要知道,当年的码农群体不过几百人左右,所以埃德很快出名,成为了世界上最好的程序员之一。
埃德年轻时社交能力较差,因此他避免参加运动和舞会,而更喜欢沉浸在技术相关的爱好中。在服役期间,埃德依然特立独行,得了个“聪明的混蛋”的绰号,但也逐渐学会了一些为人之道,和同伴去打高尔夫之类的,还学会了和异性约会,甚至还结了婚。
其实,由于没有学历,埃德当年并没有资格参加任何关于SAGE或XD-1装备的会议,他也不是林肯实验室的正式在编人员。但无论如何,埃德通过与XD-1机器的接触,从此了解了计算机。
连大学的正规文凭都没有,当然会影响学界对埃德的态度。但是,也正是因为没有接受过学院派的正规教育,才使埃德终其一生都能天马行空地自由思考。即便是多数权威物理学家都说不可能的事情,埃德也要去探个究竟。例如,如今量子计算中的“可逆计算”,当年人们认为在经典计算中不可能实现,但埃德不信邪,继续深入钻研还弄出了名堂。
对埃德而言,因缺乏学术训练使他很少写下他的想法,也不重视发表论文,他的著述清单少得可怜,一生60多年的职业生涯中中还有一段连续30年的时间没有任何文章发表,这也是他的名字如今鲜为人知的原因之一。不过话说回来,他一生的专利倒是不少。
总之,埃德的计算机职业生涯开始于 1956 年的林肯实验室。从此之后,除了飞机以外,埃德有了另一个大玩具:计算机。对计算机硬件软件的深入研究,满足了他从小对物理学的浓厚兴趣;计算机使他有了赚大钱发财的机会;埃德对计算机科学的贡献,也使他创造了“无本科学历却被MIT直接聘请为正教授”的奇迹。
埃德·弗雷德金的一生中,也遇到了几个十分赏识他的朋友和贵人。
图2 埃德最爱的两样大玩具
图3 埃德和朋友们在MIT,左起:香农(建立信息论)、麦卡锡(发明LISP)、弗雷德金(提出可逆计算)、维森鲍姆(发明第一个聊天机器人ELIZA),1968 年
不过,就学术兴趣而言,埃德最初的关注点是物理学,最后是计算和人工智能。因此,1968 年,弗雷德金重返学术界,开始在MIT担任正教授,从 1971 年到 1974 年,担任麻省理工学院 MAC 项目的主任。
图4 数字物理学认为宇宙是个大计算机
和美国物理学家约翰·惠勒在内,惠勒名言“一切皆比特”的说法,便是该类思想的精辟表达。
埃德一生传奇色彩浓厚,探索的领域众多,很多重要领域的开拓都跟他有关,不过,我们介绍了老半天还没说到他对AI及量子计算的主要贡献。
图5 2020年,85岁的埃德在卡内基梅隆大学作关于可逆经典计算的主题演讲
弗雷德金门是量子计算中的重要概念,因为量子计算就是一种可逆计算,这些概念也与其他几位先驱人物的工作有关。为了完整性,我们将在下一次的文章中介绍。
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