青少年奇才唐乙文与科学研究

颠覆现有的经典计算和量子计算观的青少年科学家唐乙文（华盛顿大学网站图片）

量子计算如今成了时髦词，成了计算机科学和计算机工程学的前沿。美国华裔青少年科学家唐乙文（Ewin Tang）如今以一种出人意料的方式刷新/颠覆了研究者对计算机科学和量子计算的认识，从而荣登美国福布斯杂志2019年科学名人榜。

在详细解说现年18岁的唐乙文的惊人成就之前，需要先对有关的话题做一个简单的介绍。这里应当特别声明的是，我的研究领域是社会科学和文学，并非计算机科学和工程学的专家，因此，我这里的介绍只能是简单化的，大概的，但也是必要的。否则，本文就成了无聊的空对空。这里的介绍有什么地方说得不对或离谱，还希望内行的友邻不吝赐教。

简单地说，就计算机科学和计算机工程学而言，量子计算跟经典计算的区别是，经典计算是靠着机器的高速运转进行超简单的计算，穷尽各种可能性，最后得出运算结果；量子计算则是以统计学为基础（实际上量子力学就是以概率统计为基础的物理学分支），也就是靠有根据的猜测、根据概率计算。

在电子计算机发明几十年后，在经典电子计算机的计算能力有了惊人的提升之后，计算机下围棋之所以长期下不过一般的围棋选手，就是因为围棋的可能的招数太多，多到天文数字，令计算机难以对付。然而，任何一个有段位的棋手却可以凭借直觉和经验，在成千上万上亿的可能的招数选择中选取最好的招法，因此可以轻而易举地打败计算机对手。

随着计算机硬件和软件的改进，计算机终于在几年前进步到可以打败最高段位的围棋手了。计算机在此之前一些年就已经可以打败国际象棋超级大师了，因为国际象棋的复杂性即各种可能选择的数目低于围棋，计算机更容易对付。

然而，人类对计算的需求是无止境的。有了超级计算能力之后，人们还需要超级再超级，因为需要更强的计算能力才能解决的问题无穷无尽。于是，比经典计算更为强劲的量子计算就应运而生。

说到这里，就不能不再引入并介绍与本文密切相关的所谓的推荐问题。对计算机科学来说，推荐问题是指如何决定推荐用户喜欢的产品。比如说，亚马逊网站或在线电影网站Netflix的用户成千上万，用户购买的产品上万上亿几十亿，怎样从这些海量的信息中得出正确的计算并比较精准底预测用户可能喜欢什么产品？这就需要强大的计算力。

2016年法国巴黎狄德罗大学的计算机科学家伊奥达尼斯·克伦尼底斯和美国加利福尼亚大学伯克利分校的科学家阿努帕姆·普拉卡什分别发表了一种量子算法可以比经典算法用短得多的时间解决推荐问题。

用最先详细报导唐乙文研究成果和研究经历的美国量子杂志的记者凯文·哈特耐特的话说就是，他们获得这种具有广泛实际用用价值的量子加速算法并为此享誉计算机科学科学和工程学界部分是靠将问题简化，也就是说，他们不是靠填满反映全体用户偏好的整个矩阵来找出要推荐的最好的产品，而是开发出一种方法，把用户分成为数不多的类别，比如，他们是喜欢商业大片，还是喜欢独立电影？然后再对现有的数据资料进行抽样以得出足够好的推荐。

这时，轮到我们的英雄少年唐乙文上场了。

唐乙文当时是德克萨斯大学奥斯丁分校的学生，主修数学和计算机科学。她的教授斯科特·亚伦森给她上量子信息课，感觉这小姑娘十分聪颖（唐乙文14岁上大学），于是便给她格外的挑战。亚伦森教授给她一堆课外研究题，让是她随便挑一个研究。其中一个题就是证明经典算法确实是不存在更快的算法可以快过克伦尼底斯和普拉卡什这两位大名鼎鼎的研究者提出的量子算法。

这里需要追加说明的是，当初克伦尼底斯和普拉卡什提出的量子算法确实是比现有的经典算法可以大大提升计算速度，但这两位研究者并没有证明现有的经典算法不能以大致相同的高速度做出同样的计算。于是，研究量子计算的亚伦森教授就想让唐乙文做出这样的证明，以便彻底证明量子算法的优越性。

唐乙文选取这个研究课题也是因为偶然，因为她觉得在亚伦森教授给她一堆课外研究题当中，就这一个还算是相对有趣，也可能相对简单。她从2017年秋季开始研究，越研究越觉得问题大。她拿出十分的努力试图证明经典算法不可能比量子算法更快。

量子杂志的报道说，随着研究的深入，唐乙文有了新的想法。她说，“我开始相信有一种快速的经典算法，但我自己不能得出证明，因为斯科特（·亚伦森教授）似乎是认为没有这种经典算法，而他是权威。”

在进行了更多的研究之后，唐乙文给亚伦森教授发信说，她认为是有一种快速的经典算法。她提出的可以跟量子算法一样好的经典算法就是把量子算法中的抽样技巧用在经典算法中。

唐乙文报告她有经典算法可以跟量子算法一样好，这一消息令亚伦森教授大为意外。这里的意外也包括意外的惊喜——这菇凉 ，这不是要一下子把一流科学家刚刚得出的量子计算新发现给埋葬了嘛。这不是做梦吧？

亚伦森教授接着跟唐乙文合作，打造、推敲、完善相关的证明。量子杂志的报道说，在唐乙文完成她的可与量子算法媲美的经典算法之后，亚伦森教授竭尽全力确保她的算法是正确的再公开发表。他说，“我那时候还是担心唐一旦网上发表这论文，假如是错的，那么，唐的职业生涯中第一篇大论文会变成臭弹。”

2018年6月，一次有关量子计算的研讨会加利福尼亚大学伯克利分校召开，有世界计算机科学和工程学界的顶尖研究者与会，其中包括克伦尼底斯和普拉卡什。本来就预定前去参加会议的亚伦森教授邀请唐乙文也一起前往，并让唐在正式研讨会结束后给与会者做两场非正式的演讲，介绍她的可以与量子算法媲美的经典算法。

6月18日和19日上午，唐乙文做了两次演讲介绍，每次两个小时。量子杂志的报道说：“四个小时下来，一种共识出现在与会者当中——唐乙文的经典算法看来是正确的。在场聆听演讲介绍的很多人没有意识到这位演讲介绍者有多么年轻。（量子计算权威）克伦尼底斯说，‘我不知道乙文才18岁。我肯定没有从她的演讲介绍猜到她的年龄。对我来说，乙文的演讲介绍非常成熟。’”

计算机科学界的一颗新星由此升起。

亚伦森教授给他的得意门生唐乙文的评价是，“唐算是给（克伦尼底斯和普拉卡什提出的）量子加速送了终。但从另一种意义上说，唐也是在他们的基础上做出了大改进，发展了他们的成就。假如没有他们的量子算法，唐就永远也不可能拿出这种经典算法。”

唐乙文现在已经转移到西雅图（微软总部所在地）的华盛顿大学攻读博士学位。她现在的导师詹姆斯·李教授给唐乙文的评价是，“乙文的研究不仅是给推荐系统提供了一种更为快捷得多的算法，而且也是给机器学习算法设计提供了新的框架。她和她的合作者正在钻研聚类、回归和主成分分析方面的应用，这些都是这一领域的最基本的问题。...”(华盛顿大学艾伦学院发布的有关唐乙文荣登福布斯杂志2019年科学名人榜的新闻稿)

作为一个华人，唐乙文其人及其成就自然受到世界各国华人、包括中国大陆的中国人的格外注意，并使千百万华裔感觉与有荣焉。其实，从有关唐乙文的新闻报导来看，我们看不到多少华人的特殊性（毕竟西方、印度或日本等国家各行各业的天才少年也不在少数），而是看到了科学、有前途的科学研究和科学研究者的普遍性。这些普遍性包括：

——科学的进步有赖于研究者挑战权威，挑战自己，所谓的顶层设计和终极真理都是自欺欺人的胡扯，强调步调一致、服从指令则必然是没戏；

——科学研究的突破性新发现常常是来自意外，来自偶然，来自错误的前提；当年的化学研究者从错误的前提出发追寻子虚乌有的可以导致燃烧的“燃素”，燃素没找到，但科学研究在此过程中取得了大进步；唐乙文本来是要证明不存在比量子算法更快的经典算法，结果是得到了经典算法的新发现；

——科学研究离不开研究者的相互切磋和心胸开放，唐乙文，她的指导教授艾伦森和量子计算权威克伦尼底斯和普拉卡什都展示得很清楚；

——科学研究是非常严肃的事情，必须小心谨慎，认真负责，研究成果在发表之前需要反复审核、核对，因为这牵涉研究者的公信力；唐乙文的指导教授艾伦森所说的担心明显展示出他的小心谨慎和认真负责，对自己负责，对自己的学生负责，担心自己的学生一招不慎会影响她的整个学术生涯。

在这方面，大科学家爱因斯坦有一个教训，这就是，1915年，他提出了一个试验来测试他的广义相对论所预测的引力导致光线弯曲。由于观测设施问题，他的第一次测试没有能够进行。这一出师不利被后来的发展证明是幸运，因为爱因斯坦得以进一步核实他的广义相对论计算，并由此发现了一个计算错误。假如当时试验设施没有问题，试验物理学家进行了测试，测试结果必然是跟他的错误结算结果不符，爱因斯坦的公信力将受到严重打击，他的广义相对论影响力也就会大打折扣。

不幸的是，科学研究的公信力问题显然是当今中国科学研究的短板。

在当今中国，似乎有很多人不知道或不在乎科学界的一个基本信条或基本程序，这就是，科学的事业从一开始就是建立在开放和互信的基础上的，开放和互信缺一不可；开放使研究者可以彼此交流、切磋、学习、查验；互信则使科学研究可以顺利进行；研究者无法对他人的研究一一查证核实，只能相信他人的研究是真实的而不是诈骗；研究者一旦被发现是诈骗从而失去公信力，他的研究便一钱不值。

这就像是法庭证人一旦被发现在某一问题上撒谎，那么该证人的一切证词便毫无价值，不可采信。这就好比是你跟一个人合作一起去开采金矿，但是合作期间你发现那个人有盗窃行为，这合作就没法继续下去了，因为你不可能整天看着他是否盗窃，因此，你只能是不再相信他说的话，跟他断绝往来。

在全世界科学界，学术诚信一直是一个具有关键性意义的重要问题。当年韩国生命科学研究者黄禹锡研究造假，导致世界性丑闻。韩国学术界和韩国政府为此展开独立调查，将黄禹锡的造假行为揭开，力图挽救韩国科研界的公信力。

中国随后一度聘请在全世界臭臭名昭著的黄禹锡为研究顾问，显示了中国科学界对公信力重要性的无知和蔑视，使中国科学界的公信力大损。这种无知和蔑视尽管是一部分人的，但足以给中国科学界带来整体性的损害。外界会很有理由地认为，只有中国科学界不在乎公信力这种大环境才会促成聘请骗子黄禹锡为科学研究顾问这样的奇葩建议。

在这种大背景之下，中国又发生贺建奎践踏科学界的起码的伦理道德规范，悍然用活人进行他所谓的科学试验的大丑闻。丑闻发生之后，迟迟不见独立的调查，贺建奎的金主和支持者是谁被重重黑幕包裹。这一切更使中国科学界的公信力荡然无存。如今中国科学界只能靠脸皮厚在世界上晃来来晃去。即使是没有参与或拒绝参与诈骗的研究者也摆脱不了贺建奎以及招募贺建奎的体制造成的恶臭。

悲夫。

------------------

量子杂志有关唐乙文的报导，见