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目前，还有其他几个有前景的新方向。如今绝大部分的信息处理还是基于电荷（包含在电子里面）移动来实现的。但是电子的移动比光慢得多，并且它们的运动会产生热量，这为降温带来很大的麻烦。光已经被用于长距离的高密度信息传输，这需要进行从电子编码到光编码的互相转换。现在光转换器的效率越来越高，也更加通用，并且可以演变为独立的“光子”计算机。
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量子计算机更具革命性的前景，其以量子系统之间的微妙关联（纠缠）的形式对信息进行编码。原则上，这些关联具有非常丰富的结构，所以能够存储和操作超高密度的信息。遗憾的是，纠缠之复杂，无论如何夸大也不为过。在未来，似乎可以找到几种开发和利用它的技术，但目前只是在酝酿中。如果能够制造大型的、实用的量子计算机，它们应该非常善于解决量子力学中的问题，揭示本章中心论断的潜能。
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另外一个方向是从生物学中寻找灵感。现在主流计算机本质上都是二维的，都是基于芯片的，这些芯片必须在严格的净室条件下生产，任何错误都是致命的。如果被损坏，它们将无法恢复。人类的大脑在这些方面有所不同：它是三维的，可以适应杂乱无序的环境，并且可以在受伤或者出错时继续运作。在保持半导体技术高密度、高速度以及可扩展性的特征的同时，我们强烈地希望能让半导体获得人类大脑的这些特性，目前，没有明显的物理障碍阻止我们这样去做。
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高效算法都是充分利用了所针对问题的特性，这类算法的提出是一个内在创造的过程，很难推广到一般性问题。关于软件开发，在这里我只提一个特别需要注意的方面。为了保持摩尔定律继续有效，特别是最近几个周期，人们投入了大量的工作用于设计复杂的软件和CAD（计算机辅助设计），这些软件和工具通过分析新环境下基础物理带来的影响，让工程师可以探索和完善制作电路原件（如微型晶体管）的新方法，从而优化电路结构。这样就得到了一个强大的正反馈循环，计算能力的增强能够更好地进行计算机设计，而计算机设计能力的提高又带来更强的计算能力。随着人工智能越来越复杂，我们可以期待会有更多类似的正反馈循环，这些性能更强（并且自主能力更强）的计算机将创造出更多性能更强大的计算机。
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扩展现实世界
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基础物理学告诉我们，这个世界上还有很多可能存在，但目前没有被我们认识的重要领域。下面，我将介绍几个可能性最大的领域。
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最近，由加州理工学院和麻省理工学院共同运营的LIGO（激光干涉引力波天文台）公布发现了引力波信号，这是由两个质量相当于几十个太阳的黑洞合并在一起而形成的。设计LIGO的目的是检测几对反射镜之间距离的微小变化，相关的数字有些令人难以置信，反射镜之间相距4公里，并且它们之间距离的预期改变小于质子直径的千分之一。各种各样的因素可能会触动镜子，但是引力波能够产生独特的变化模式，所以其信号能够从噪声中被分辨出来。这个观察是50年来持续努力的结果。当然，如果没有基础物理指导我们期望看到什么样的信号，以及如何测量这样微小的距离变化，那将是不可想象的。另外，值得一提的是，这种灾难事件产生的微小时空扭曲，将葬送工程虫洞（engineering wormholes）、曲速引擎（warp drives）、时间机器及其他梦想。
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引力波为我们在宇宙中打开了一扇新窗户，能够让我们探索宇宙中被隐藏的时空以及各种灾难性事件。为了发挥其全部潜力，我们需要在太空中安装百万公里的精密仪器阵列。
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让我们回过头来看看自身，人类的感知能力还有很多没被利用。以视觉为例，到达我们眼睛的电磁信号包含无穷的、连续的一段频率，也有偏振光。我们所认为的“颜色”是对一个单一倍频（octave）进行的粗略哈希编码，光谱被采样过滤，只剩下三个区域，偏振光被丢弃了。很多动物能够进行精细的采样，并且对于红外线和紫外线都很敏感。人类对于声音的频率能进行更精细的分析，能够分辨琴声中很多不同的音调。
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关于我们的自然环境，也能提供有价值的信息，更不用说在数据可视化以及艺术方面的可能性。现代微电子学以及计算机让我们看到了获取这些信息的希望。通过适当的转换，我们可以把这些信息编码到现有的通道中，形成某种类型的诱导通感（induced synaesthesia）。这样我们将极大地扩展人类的感官系统，为人类打开感知的大门。
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通过使用更强大的传感器和驱动器，“出体体验”（out-ofbody experience）将变得更加引人注目。很容易就能想象到其将给我们带来的各种精彩的可能性：待在家里就能进行随时随地的沉浸式旅游。脆弱的人体不适合深入太空环境，但我们的意识可以任意遨游。通过机器人探测器，天文学将获益匪浅，相比于把脆弱、易病的人送入太空深处，虚拟远程呈现（virtual telepresence）以及合适的生物植入更为现实。
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生物学的启发
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如果我们接受本章的中心论断，那么生物学可以为那些看起来很模糊的事物提供“存在性证明”。我在前面已经提及了具有复杂三维结构、能自我组装及自我修复的信息处理器。这看起来似乎有点不太可能，但是我们大多数人的大脑就是具有这些特性的实例。同样，基于慢速、不可靠的电路器件进行海量数据流的高度并行、快速处理看起来也是一个遥远的梦，但是人类的视觉系统就有这样的功能。
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当然，生物学当年还启发了约翰·冯·诺伊曼设计自复制“通用构造”系统。他设计的计算机结构已经成为改变世界的技术基础，与之不同的是，自复制（以及能进化的）机器目前仍然只存在于学者的脑海里。但人类自身为这种机器的潜力提供了可行性证明，我们在分子水平对自然的理解有了很大的进步，对信息流和物质流的控制能力也得到了提高，特别是3D打印（见第10章），是时候激活这个伟大的构想了。
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相反，人类作为物理性的存在，自然界中的物质，本身就表明衰老或者疾病是与生俱来的。我们对于物质基本层面的理解和监控能力，应该能够让我们弥补这些缺陷。在现实中，它们带来了一系列具有挑战性的问题，将继续启发我们在显微镜（大家已经熟知）、数据分析（可以进行复杂的诊断），以及分子工程（可以进行复杂的治疗）等方面前进。
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总结：失败的模式
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随着对于物质的理解不断成熟和深入，我们有更多为人类服务的机会。基于我前面提到的那些理由，作为一名物理学家，我有信心断言，我们对于世界如何运转的深刻的新认识，为我们创造更高水平的物质文明和精神文明指明了令人振奋的前景。我们知道哪些是可能的，也能预想到还有哪些工作需要去做。
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在结束本章之前，我觉得还是很有必要给出一些提醒。
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由于现代技术能够对已有或者新获得的知识进行妥善的保存并广泛传播，人们不可避免地会去想，技术的发展甚至最终人类的历史是不是可以避免出现严重的倒退？历史的发展可能不均衡，但退步是不是就不会发生了？
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是这样吗？对于我来说，现代技术本身带来的三种风险特别让人忧心：核战争、生态崩溃，以及人工智能战争。
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对于和平的习以为常，以及70多年来的好运，不应该让我们远离对于核武器的恐惧。现在还有9个不同的国家控制着几千枚核武器。就像奇爱博士（Dr. Strangelove）说的那样：“看好导火索！”
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另外一种风险是由人为因素引发的气候改变造成的生态崩溃。部分由于政治原因，大气中的碳污染不断加重，一种可行的应对方法可能需要耗费几万亿美元的资产，来自资产持有人的抵制难以取得突破。人类是否能足够成熟和聪明地解决这个潜在的问题，还是一个未知数。
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无论是人类，还是人工智能，都逃脱不了大卫·休谟的观点：对于道德问题，使用逻辑或者科学方法，都无法从“是什么”推导出“应该是什么”。他的著名结论“理性是且只应该是激情的奴隶，除了服从激情和为激情服务之外，它不应该扮演任何其他角色”。
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自主智能体（如类人机器人）的创造者将对其潜在的目标和动机进行设置，有可能通过明确的编程，也可能隐含在设计目标里面，这就是他们的“激情”。很多人工智能的设计方案都是旨在为人类提供坦诚、友好的服务。这些可以通过自主智能体来实现，因为它们的目标和动机就是坦诚和友好。但是如果将高级人工智能用于军事目的可能带来很多问题：想象一下机器人军队，或者更普遍的高度自动的武器系统，如奇爱博士的末日机器，设置成不需要人为干预就能感知威胁并采取应对措施。我们可以预料到，人类设计的具有怀疑性和侵略性的超级智能体，将以意想不到的方式表现出它们的怀疑性和侵略性。拥有这些智能体的人群将陷入疯狂的战争，以整个人类以及文明的毁灭作为代价。
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[1]本章作者弗朗克·韦尔切克是麻省理工学院物理系赫尔曼·费什巴赫讲席教授。因其在读博期间和导师戴维·格罗斯发现了量子色动力学中的渐近自由，于2004年获得诺贝尔物理学奖，著有《一个美丽的问题：寻找自然界的深层设计》。
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