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来源 | 数据观综合报道
编辑 | 程远肖
12月1日，知名华裔科学家、杨振宁“弟子”张首晟去世，终年仅55岁。
张首晟是斯坦福大学物理系终身教授，美国国家科学院院士，美国艺术与科学学院院士，中国科学院外籍院士。
2007年，张首晟发现“量子自旋霍尔效应”，被《科学》杂志评为当年的“全球十大重要科学突破”之一。
因其对量子自旋霍尔效应和拓扑绝缘体的开创性研究，他在2010年获欧洲物理奖，2012 年获美国物理学会Oliver Buckley奖和联合国教科文组织下属的国际理论物理学中心狄拉克奖，2013年获物理前沿奖，2014年荣获富兰克林奖。
今年5月，他曾出席贵阳2018数博会，在数博会区块链论坛上做了主题发言，会上，他先谈了自己一生的骄傲——天使粒子，再谈信息技术最前沿的支柱——区块链。
△张首晟出席贵阳2018数博会“区块链——价值互联新秩序”论坛并参与对话
1“天使粒子”为量子计算机创造了条件
“有阴必有阳，有善必有恶，有天使必有魔鬼。”张首晟认为，我们似乎生活在一个非常对立的世界里。科学家拥有的无止境的好奇心以及务实求证的精神，促使其团队最终找到不为人知的反粒子——天使粒子。
天使粒子的发现，对于整个信息技术有重大改变，比如在人类最尖端的工程——创造量子计算机中，工厂15和11不一样，15是3×5，但是如果给一个很大的数分析出来，到底是复合数还是属数是很难的事情。
量子世界是平行的，基本粒子可以同时间同时穿过两个孔，这是平行的原理，如果按照平行原理，这是一个非常难算的数学难题，我们可以并行进行计算。
就像量子世界本身并行一样，量子信息基本的单位量子比特非常脆弱，要不是0，要不是1，量子比特既是0，又是1，是0到1叠加的状态。如果稍微有一些噪声，量子叠加状态要不变成0，要不变成1，而天使粒子给出了非常奇妙的储存量子信息办法。
通常情况下粒子可以构成基本量子信息单位，它有一正一反两个面，一般情况下，天使粒子是量子信息的一半，使我们可以把基本单位量子信息有两个量子信息储存，保证其稳定性，从而为造成真正量子计算机创造了条件。
2区块链的行业价值将是互联网的十倍
谈到区块链时，张首晟表示：区块链是什么？
大家提到区块链是新的记帐模式，为什么记帐的事情那么困难？
如果在一个分布式系统要记帐，最能确定的是哪一笔账先发生，哪一笔账后发生，时间秩序怎么排列，或者因果关系怎么排列，这在一个分布式的情况下是非常难的问题。
但我们还是知道，在自然界，虽然在分布式系统里，还是能达到共识，比如说右边是磁铁，但是在混乱的状态里，总的来说没有总的磁性，但是左边可以达到共识状态，没有一个中央指挥也可以达到共识状态，就告诉我们要达到共识，对时间先后共识，必然按照物理根本原理，排掉一些熵。
有一个定理，Fisher-lynch-Patterson定理，如果没有随机因素，但是有一个中央调度的算法，把大家统一起来，这有严格证明，并不能达到，所以这有一点像热力学基本定理一样，要达到共识，自己有序的状态，一定要和周围环境变成更加无序。
比特币是一个非常吻合的基本原理，排除一些熵，自己排除熵，使我们金融系统变得更加稳定，我们时间先后就能判断出来。所以区块链发展提供最为深刻的判断，分布式系统里，时间通过怎样的机制进行排序。
比特币只是区块链的开端，张首晟认为接下来整个区块链的发展还具有激动人心的前景。
人工智能在过去几年进展并不快，根本原因是什么？
人工智能发展首先是计算能力的增强，大数据的产生，其次是很好的算法，以及最关键的大数据产生的拥有权在谁手里？但现实际况是，绝大部分大数据跟个人信息有关。
现在情况下，个人数据和信息往往去了中央平台，个人并没有达到我们隐私的保护需要，个人也没有由于提供本人数据而得到回报，这两个问题同时由区块链解决，所以区块链和人工智能必然有相辅相成的关系，由于区块链帐本可以精准记录，就可以知道每个人到底贡献了什么数据给人工智能提供了学习的机会。
“借助区块链技术，未来的信任将会建筑在数学上。”张首晟用这样一句话描绘出今后十年、五十年甚至一百年的区块链发展趋势。
他进一步解释到，什么是数学？
我们本来椭圆曲线加密，还有哈希函数的计算，还有零知识证明、多体系计算、微分隐私、同态加密等，这些数学使我们真正产品数据市场，使每个人都可以拥有自己应该拥有的数据。
但是，在这个拥有数据保护隐私的情况下还是可以用这些数学模式，真正创造一个数学市场在这上面进行计算。
所以，在加密经济学体系下，也可以为社会创造更公正的福利。因为现在社会碰到最大的不公正，就是对少数的歧视，但是在数据市场经济情况下，大家都知道AI、知道如何通过学习让自己更聪明，真正需要的数据并不跟以前学过的数据一样，是最不一样的数据，对它来说是更加有利的。
所以在这一市场情况下，对少数拥有的数据给出更高的报价，才能真正能够达到社会的福利，使丑小鸭变成美丽天鹅。
在对区块链技术展望方面，张首晟认为DAG（有向无环图）的发明无比重要，它将会使区块链发展变得很快。
我们需要稳定货币的产生，稳定货币最靠谱就是把货币价值和基本能源绑在一起。我们也需要更绿色的比特币，其中有一个很好的想法是通过储存来达成共识。
区块链的发展，必然由数据市场的产生，在整个互联网的状态下，本来只可以交换信息，现在可以交换价值。张首晟认为区块链的行业价值，至少是互联网的十倍。
作为凝聚态物理领域内的主要研究者，张首晟还在高温超导、量子霍尔效应、自旋电子学、强关联电子系统等研究方向上取得了大量国际一流的原始创新成果，他曾被杨振宁认为是下一个华人诺贝尔奖获得者。
3全球首次提出“拓扑绝缘体”理论
张首晟认为，在人类发展进程中，材料起到十分主要的作用。2006年，他提出“拓扑绝缘体”理论；次年，这个理论在他与德国维尔茨堡大学的试验中得到证明。
拓扑绝缘体是一种异于绝缘体和导体的材料，它的内部绝缘，界面却可以导电，该材料的发现对基础物理的理解以及半导体器件的应用有很大价值。
自发现以来，逐渐成为凝聚态物理的研究热点，并被认为是继石墨烯（2010年诺贝尔物理学奖）之后的“Next Big Thing”。张首晟也因此获得2012年凝聚态物理领域的最高奖“Oliver Buckley”奖。
张首晟对拓扑绝缘体的提出，让人类看到了自然界中除绝缘体和导体之外的第三种材料。这种材料的意义在于能继续推进信息社会按照摩尔定律前进。
张首晟认为，信息行业的发展得益于过去五六十年基础物理（比如量子力学为半导体技术的发展奠定了基础）的发现。
现在的信息社会，虽然芯片越来越小，散热问题却无法解决，这一问题已对信息社会的发展形成瓶颈；而拓扑绝缘内部绝缘、界面导电，未来将在信息业中得到重要利用，并有可能将信息社会带到更高层次，甚至会带来一场工业革命。
关于拓扑绝缘体对电子芯片带来的影响，张首晟曾用“集市”和“高速公路”的例子来阐述：电子在芯片中移动就像跑车开进集市中，再怎么高档也跑不快；但若在高速公路上就可畅行无阻。
张首晟曾解释，过去50年来的信息社会，一直是按照摩尔定律（当价格不变时，集成电路上可容纳的元器件数目约每隔18-24个月便会增加一倍，性能也将提升一倍）在往前推进，因为有这个规律的推进，才有了我们现在的信息社会。
随着摩尔定律中元器件数目的增加，其复杂性和差错率也将呈指数增长，同时也使全面而彻底的芯片测试几乎成为不可能。一旦芯片上线条的宽度达到纳米（10^-9米）数量级时，材料的物理、化学性能将发生质的变化，致使采用现行工艺的半导体器件不能正常工作，摩尔定律也就要走到尽头。
而如果摩尔定律停止工作，整个信息社会就会停止发展。“拓扑绝缘体”的提出在于它能极大提升计算机的算力，让整个信息社会继续按照“摩尔定律”的规律往前推进。届时，手机的手机续航问题将得到解决，手机能有更大的数据处理能力，一个手机就抵得上十个或者一百个大脑。
4量子自旋霍尔效应
1980年，德国和英国研究人员发现了量子霍尔效应，这一发现让人们对制造新型电脑芯片装置充满了希望。但由于无法满足强磁场和低温两个条件，新型电脑芯片的装置仍然无法实现。
2007年，张首晟发现“量子自旋霍尔效应”，量子自旋霍尔效应找到了电子自转方向与电流方向之间的规律，芯片中杂乱无序运动的电子可以在一定条件下实现规则运动，就像在高速公路上各行其道。
利用这个规律可以使电子以新的姿势非常有序地"舞蹈"，从而使能量耗散很低。这种新奇的物理现象有可能给未来的信息革命带来重大影响，电脑甚至量子计算都将随之发生巨大改变。
发现量子自旋霍尔效应，张首晟因此获得了物理学界三大最高奖项——2010年的欧洲物理学奖、2012年的巴莱克奖和狄拉克奖，同时，这项发现被《科学》杂志评为当年的“全球十大重要科学突破”之一。
张首晟曾说，“量子自旋霍尔效应的理论研究以及产业化开发，对科学界和信息产业界来说，都将是一次大洗牌的机会。这一领域的突破所带来的历史机遇，对中国的基础研究和产业界的自主创新也十分难得。希望国家有计划地大力投入，做好战略布局，瞄准这一理论预言展开更广泛的探索，加快研究步伐，抢占自主创新制高点。”
拓扑绝缘体、量子自旋霍尔效应、Majorana费米子，张首晟对人类的贡献是巨大的。
12月1日，这位伟大的科学工作者离世，我们为他默哀。但正如张首晟最喜欢的威廉·布莱克的诗：
在沙粒中看到世界，
在野花中看到天堂。
把无限放在手掌中，
在一小时内获得永恒。
张首晟对生命的探索、对人类的贡献也将永存在我们心中。
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