四、元宇宙的核心技術(shù)

有個短視頻里面有這么一段描述，如果我們不斷剝洋蔥，希望通過這種方式找到洋蔥的心，那么我們最后會發(fā)現(xiàn)洋蔥其實是“沒有”心的。

其實，我們一步步剝開的那些部分，就是洋蔥的心。

因此，如果我們要回答“什么是元宇宙”“什么是元宇宙中的數(shù)字經(jīng)濟(jì)社會”，那么我們前文描述的這些內(nèi)容就是元宇宙，就是元宇宙的數(shù)字經(jīng)濟(jì)社會。其中包括構(gòu)建元宇宙的一切歷史、技術(shù)、制度、生態(tài)和基礎(chǔ)。

元宇宙是利用科技手段進(jìn)行連接與創(chuàng)造的與現(xiàn)實世界映射和交互的虛擬世界。元宇宙是綜合運用多種高科技的具備新型社會體系的數(shù)字生活空間， 與現(xiàn)實世界平行，并反作用于現(xiàn)實世界。

對元宇宙的紀(jì)年來說，我們現(xiàn)在尚屬于元宇宙的史前時代。

故而，元宇宙的建設(shè)將是一個漫長的過程，如果考察農(nóng)業(yè)社會和工業(yè)社會的建設(shè)過程，我們可以認(rèn)為元宇宙的建設(shè)至少需要300年的歷程。

元宇宙建成之時，也是我們整個人類數(shù)字經(jīng)濟(jì)、數(shù)字社會建設(shè)完成一個階段目標(biāo)的時候。

元宇宙的數(shù)字經(jīng)濟(jì)社會建設(shè)的依存度，將嚴(yán)重依賴如下五項技術(shù)的發(fā)展，我們可以稱之為元宇宙依賴的五項核心技術(shù)。

一是擴(kuò)展現(xiàn)實技術(shù)，包括VR和AR。擴(kuò)展現(xiàn)實技術(shù)可以提供沉浸式體驗。VR、AR的缺點是無法通過設(shè)備模擬真實的知覺、體感、直覺等必要的生理反應(yīng)，而腦機(jī)接口可以控制大腦神經(jīng)，發(fā)送電信號以達(dá)到模擬真實感覺的效果，并由此創(chuàng)造沉浸式的元宇宙環(huán)境。這樣的腦機(jī)接口技術(shù)，是不是元宇宙的一種解決方案，我們可以拭目以待。

二是數(shù)字孿生，能夠把現(xiàn)實世界映射到數(shù)字世界里面去，并建立一個現(xiàn)實世界和數(shù)字世界互動、相互作用的孿生世界。

三是區(qū)塊鏈技術(shù)。我們在元宇宙當(dāng)中不僅僅可以花錢，也可以賺錢。數(shù)字世界里同樣有經(jīng)濟(jì)體系，UGC的表達(dá)將進(jìn)一步增強(qiáng)，并且將面臨AIGC的 競爭。

四是算力更強(qiáng)的計算機(jī)技術(shù)，如量子計算機(jī)。這樣3D實時渲染游戲才能模擬輝煌、龐大的宇宙數(shù)據(jù)并且不會出現(xiàn)卡頓。

五是存儲能力更強(qiáng)的數(shù)據(jù)存儲技術(shù)。在元宇宙里面，我們既依賴大量的數(shù)據(jù)，又產(chǎn)生著大量的數(shù)據(jù)?，F(xiàn)在一年產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，幾乎等同于過去幾十年產(chǎn)生的數(shù)據(jù)。我們現(xiàn)在無法看到地球漫長的歷史，但我們以后將可以隨時回訪元宇宙的數(shù)字世界。

在不同的發(fā)展階段，元宇宙需要的技術(shù)是不一樣的。

初級階段：元宇宙以游戲的形式出現(xiàn)，通過大型的沙盒引擎實現(xiàn)對應(yīng)的元宇宙應(yīng)用。

過渡階段：元宇宙以VR、AR相關(guān)的技術(shù)為主，通過視覺沉浸方式，優(yōu)化元宇宙的應(yīng)用。

沉浸階段：腦機(jī)接口技術(shù)普及，可以通過電信號模擬使大腦接收到不同畫面的信號，通過控制神經(jīng)及大腦使使用者在睡眠時在元宇宙中進(jìn)行一系列行為體驗。

但人類本已經(jīng)無障礙地沉浸在現(xiàn)實世界里面了，人類真的還需要另外一個無限接近現(xiàn)實世界的沉浸式數(shù)字世界嗎？

因此，沉浸式體驗并不是元宇宙發(fā)展的最終目標(biāo)，人類在現(xiàn)實世界不能獲得的，或者說不能經(jīng)常性、持續(xù)性獲得的體驗，將是元宇宙發(fā)展的一個目標(biāo)。

1.擴(kuò)展現(xiàn)實技術(shù)

擴(kuò)展現(xiàn)實（Extended Reality），簡稱XR，是指通過計算機(jī)將真實與虛擬相結(jié)合，打造一個人機(jī)交互、虛擬世界與現(xiàn)實世界無縫轉(zhuǎn)換的“沉浸感”環(huán)境，這也是AR、VR、MR等多種技術(shù)的統(tǒng)稱。在2020年突如其來的疫情暴發(fā)后，XR技術(shù)助力演唱會、慶典、品牌發(fā)布會等活動在線上舉辦。

線上直播演出與XR技術(shù)結(jié)合，在現(xiàn)階段主要有兩種實現(xiàn)方式。

第一種是搭建全虛擬環(huán)境。相關(guān)人員在綠幕背景下開展活動，技術(shù)人員通過技術(shù)手段將綠幕背景換成設(shè)計好的虛擬的視覺場景，最終生成觀眾看到的圖像。

第二種是在真實的演出場景中將已制作好的圖像與真實的圖像合成，疊加視覺效果。

XR應(yīng)用在直播演出中需要具備大寬帶和低時延特性的5G網(wǎng)絡(luò)支持，需要更大的數(shù)據(jù)傳輸量與實時互動，需要性能更強(qiáng)的設(shè)備能夠支持即時影像 處理。

（1）虛擬現(xiàn)實（Virtual Reality，VR）是利用VR設(shè)備模擬產(chǎn)生一個三維的虛擬空間，提供視覺、聽覺、觸覺等模擬的感官體驗，讓使用者如同身歷其境。簡而言之，VR能夠產(chǎn)生“無中生有”的效果。用戶在使用VR技術(shù)時只能體驗到虛擬世界，無法看到自己所處的真實環(huán)境。

（2）增強(qiáng)現(xiàn)實（Augmented Reality，AR）是VR的延伸，能夠把計算機(jī)生成的虛擬信息，比如物體、圖片、視頻、聲音、系統(tǒng)提示信息等疊加到真實場景中，并與人互動。簡而言之，AR能夠產(chǎn)生“錦上添花”的效果。用戶在使用AR技術(shù)時既能看到現(xiàn)實世界，又能看到虛擬事物。

隨著AR技術(shù)發(fā)展，現(xiàn)在有一些共性的AR技術(shù)要求：①達(dá)到與視網(wǎng)膜視覺相當(dāng)?shù)姆直媛?；②人眼能夠?qū)μ摂M物體進(jìn)行自然對焦，具體來說就是用戶可以自由切換畫面中任意距離上的物體的焦點，并能夠識別相應(yīng)的景深； ③能夠補(bǔ)償鏡片造成的光學(xué)失真；④支持HDRI（High Dynamic Range Imaging，高動態(tài)范圍成像），能夠覆蓋更廣的色彩和支持更高的對比度。

（3）混合現(xiàn)實（Mixed Reality，MR）是虛擬現(xiàn)實技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，通過在現(xiàn)實場景呈現(xiàn)虛擬場景信息，在現(xiàn)實世界、虛擬世界和用戶之間搭起一個交互反饋的信息回路，以增強(qiáng)用戶體驗的真實感。混合現(xiàn)實包括增強(qiáng)現(xiàn)實和增強(qiáng)虛擬，通過合并現(xiàn)實世界和虛擬世界而產(chǎn)生新的可視化環(huán)境。在新的可視化環(huán)境里，物理對象和數(shù)字對象共存，并實時互動。

混合現(xiàn)實需要在一個能與現(xiàn)實世界各事物交互的環(huán)境中實現(xiàn)。如果一切事物都是虛擬的，那就是VR的領(lǐng)域了；如果展現(xiàn)出來的虛擬信息只能簡單疊加在現(xiàn)實事物上，那就是AR的領(lǐng)域了。MR的關(guān)鍵就是虛擬世界與現(xiàn)實世界進(jìn)行交互和及時獲取信息，MR技術(shù)能讓人們同時保持與現(xiàn)實世界、虛擬世界的聯(lián)系，并根據(jù)自身的需要及具體情況調(diào)整操作，類似“超次元”。

混合現(xiàn)實可以用公式表示：

MR=VR AR=現(xiàn)實世界 虛擬世界 數(shù)字化信息

簡單來說，MR技術(shù)就是AR技術(shù)與VR技術(shù)的完美融合以及升華，虛擬世界和現(xiàn)實世界互動，人們不再局限于現(xiàn)實世界，從而獲得前所未有的體驗。

混合現(xiàn)實是一個快速發(fā)展的領(lǐng)域，廣泛應(yīng)用于工業(yè)、教育、展覽、娛樂、地產(chǎn)、醫(yī)療等行業(yè)，并在營銷、運營、物流、客戶服務(wù)等多個環(huán)節(jié)得到充分應(yīng)用。混合現(xiàn)實涵蓋計算機(jī)增強(qiáng)現(xiàn)實技術(shù)的范圍，與人工智能和量子計算（Quantum Computing，QC）被認(rèn)為是將在未來顯著提高生產(chǎn)率和體驗的三大科技。隨著科技迭代和發(fā)展，尤其是5G網(wǎng)絡(luò)和通信技術(shù)高速發(fā)展，各行各業(yè)都將大規(guī)模應(yīng)用MR技術(shù)?！癕R 教育”“MR 金融”“MR 工業(yè)”等已經(jīng)擁有了諸多成功的落地場景。

我們當(dāng)前理解的“MR X”就是元宇宙。

談到擴(kuò)展現(xiàn)實，我們還必須將視線轉(zhuǎn)到腦機(jī)接口上。

（4）腦機(jī)接口（Brain-Computer Interface，BCI）技術(shù)是指通過在人腦神經(jīng)與具有高生物相容性的外部設(shè)備間建立直接連接的通路，實現(xiàn)神經(jīng)系統(tǒng)和外部設(shè)備間信息交互與功能整合的技術(shù)。

這意味著，人與機(jī)器的主要交互方式，除了手工輸入、人工智能語音、頭戴式XR設(shè)備交互之外，還可以直接通過大腦向機(jī)器發(fā)指令。

目前的腦機(jī)接口技術(shù)可以分為兩類：一類是侵入式技術(shù)，比如在大腦中植入芯片；另一類是非侵入式技術(shù)，比如戴上可以采集腦電波的頭盔或帽子。腦機(jī)接口技術(shù)的發(fā)展速度也有類似于芯片領(lǐng)域的“摩爾定律”的規(guī)律， 其主要技術(shù)性能指標(biāo)每三年翻一番?？v觀全球，Meta、谷歌、亞馬遜，以及埃隆·馬斯克旗下的Neuralink（神經(jīng)連接）公司等科技巨頭都在積極布局腦機(jī)接口領(lǐng)域。

腦機(jī)接口將設(shè)備獲得的大腦信號傳遞給計算機(jī)，再通過信號處理進(jìn)行轉(zhuǎn)換，應(yīng)用機(jī)器學(xué)習(xí)和人工智能技術(shù)建立一個關(guān)于大腦發(fā)出的不同指令的模型，對大腦信號進(jìn)行解碼。這樣，人的意圖就被傳遞給計算機(jī)，再通過計算機(jī)將信號發(fā)送給其他設(shè)備。比如因“漸凍癥”失去運動能力的患者可以通過這項技術(shù)操縱輪椅移動到他想去的地方。

腦機(jī)交互是人機(jī)交互的終極手段，可以幫助殘疾人恢復(fù)視覺、聽覺等感知功能，讓他們獲得運動能力，提高殘疾群體的基本行為能力；幫助患有阿爾茨海默病等神經(jīng)系統(tǒng)疾病的群體改善認(rèn)知能力；讓正常人更加高效地工作、更加健康地生活，做一些我們目前還不能做到的事。

2016年，荷蘭烏特勒支大學(xué)的研究人員通過侵入式腦機(jī)接口技術(shù)，成功地使一位因“漸凍癥”而失去運動能力乃至眼動能力的患者利用意念在計算機(jī)上打字，準(zhǔn)確率達(dá)到95%，這使侵入式腦機(jī)接口技術(shù)應(yīng)用水平向前邁了一大步。

2019年7月17日，埃隆·馬斯克召開發(fā)布會，宣布Neuralink公司的腦機(jī)接口技術(shù)獲重大突破，他們已經(jīng)找到了高效實現(xiàn)腦機(jī)對接的方法。

Neuralink公司公布的最新技術(shù)成果徹底引爆了外界對于腦機(jī)接口技術(shù)的關(guān)注。腦機(jī)接口技術(shù)的應(yīng)用前景非常廣闊，比如可以幫助人們直接通過思維來控制基于腦機(jī)接口技術(shù)研發(fā)的機(jī)器人，從事各種工作?；谀X機(jī)接口技術(shù)研發(fā)的機(jī)器人不僅在殘疾人康復(fù)、老年人護(hù)理等醫(yī)療領(lǐng)域具有顯著的優(yōu)勢， 而且在教育、軍事、娛樂、智能家居等方面也具有廣闊的應(yīng)用前景。

腦機(jī)接口作為一種全新的控制和交流方式，還可以應(yīng)用到更廣闊的腦機(jī)融合領(lǐng)域，就是所謂的“硅基生物”和“碳基生物”融合，打造“超強(qiáng)人類”，讓人腦的功能得到進(jìn)一步延伸。

腦機(jī)接口技術(shù)的發(fā)展對腦電波機(jī)理、腦認(rèn)知、腦康復(fù)、信號處理、模式識別、芯片技術(shù)、計算技術(shù)等各個領(lǐng)域都提出了新的要求。人們也由此大大加深了對大腦結(jié)構(gòu)和功能的認(rèn)識。隨著技術(shù)不斷完善和多學(xué)科融合，腦機(jī)接口必將逐步應(yīng)用于現(xiàn)實，造福人類。

因此，在元宇宙里面，創(chuàng)造力和想象力是我們必不可少的能力。

2.數(shù)字孿生

如果說XR技術(shù)解決的是人和元宇宙關(guān)系的問題，那么數(shù)字孿生解決的就是物和元宇宙關(guān)系的問題。

數(shù)字孿生是充分利用物理模型、傳感器更新、運行歷史數(shù)據(jù)等信息，集成多學(xué)科、多物理量、多尺度、多概率的仿真過程，可在虛擬空間——元宇宙中完成現(xiàn)實世界的物理映射，形成物理維度上的現(xiàn)實世界和數(shù)據(jù)維度上的虛擬世界同生共存、虛實交融的格局。數(shù)字孿生“橋接”了現(xiàn)實世界和虛擬世界。

密歇根大學(xué)的邁克爾·格里夫斯（Michael Grieves）教授于2002年首次提出了數(shù)字孿生的概念。他認(rèn)為，通過物理設(shè)備的數(shù)據(jù)可以在虛擬（信息）空間構(gòu)建一個可以表征該物理設(shè)備的虛擬實體，并且這種聯(lián)系不是單向和靜態(tài)的，而是在整個設(shè)備的生命周期中都聯(lián)系在一起的。最早將這種理念付諸實踐的則是NASA（美國國家航空航天局），其為實施阿波羅計劃開發(fā)了一套極其完整、高精度的模擬仿真系統(tǒng)。這套由多臺計算機(jī)聯(lián)網(wǎng)組成的龐大系統(tǒng)包含了阿波羅載人登月飛船的所有核心部件，可以用于培訓(xùn)宇航員、模擬多種故障場景處理等。

2014年以后，隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、人工智能和虛擬現(xiàn)實技術(shù)不斷發(fā)展，更多的工業(yè)產(chǎn)品、工業(yè)設(shè)備具備了智能化的特征，數(shù)字孿生的應(yīng)用也逐步擴(kuò)展到了包括制造和服務(wù)在內(nèi)的完整的產(chǎn)品周期。數(shù)字孿生的形態(tài)和概念也不斷豐富。

數(shù)字孿生集成了人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)（Machine Learning，ML）等技術(shù)， 將數(shù)據(jù)、算法和決策分析結(jié)合在一起，建立物理對象的虛擬映射，在問題發(fā)生之前先發(fā)現(xiàn)問題，監(jiān)控虛擬模型中物理對象的變化，開展基于人工智能的多維數(shù)據(jù)復(fù)雜處理與異常分析，并預(yù)測潛在風(fēng)險，合理、有效地規(guī)劃生產(chǎn)， 并對相關(guān)設(shè)備進(jìn)行維護(hù)。

隨著越來越多的設(shè)備為數(shù)字孿生集成，數(shù)字孿生不僅連接一臺設(shè)備，而且將設(shè)備的工作進(jìn)程和操作員的信息結(jié)合起來，這有助于提高系統(tǒng)解決復(fù)雜問題的能力。

數(shù)字孿生還可連接由多臺設(shè)備組成的系統(tǒng)，比如組織系統(tǒng)、生產(chǎn)系統(tǒng)， 乃至城市系統(tǒng)、地球系統(tǒng)。

受數(shù)字經(jīng)濟(jì)規(guī)律約束，企業(yè)也會采取數(shù)字化的手段來加快產(chǎn)品的開發(fā)速度，提高開發(fā)、生產(chǎn)、服務(wù)的有效性，提高企業(yè)內(nèi)外部環(huán)境的開放性，縮短產(chǎn)品研發(fā)周期，推出定制化產(chǎn)品，同上下游建立起協(xié)同的“生態(tài)環(huán)境”。

智能系統(tǒng)的“智能”首先體現(xiàn)在感知、建模，然后才體現(xiàn)在分析、推理。這種數(shù)字化轉(zhuǎn)型對于傳統(tǒng)的工業(yè)企業(yè)來說會非常困難，因為這與沿用了幾十年的基于經(jīng)驗的傳統(tǒng)設(shè)計和制造理念相去甚遠(yuǎn)。

在設(shè)計領(lǐng)域，依靠數(shù)字孿生，設(shè)計人員既不需要依賴實際樣品就可以驗證設(shè)計理念，也不需通過復(fù)雜的實驗驗證產(chǎn)品的可靠性，更不需要進(jìn)行小批量試制就可以直接預(yù)測生產(chǎn)的瓶頸，甚至不需要去現(xiàn)場就可以洞悉銷售給客戶的產(chǎn)品的實際運行情況。

在醫(yī)院中，醫(yī)生可以使用數(shù)字孿生技術(shù)，利用傳感器監(jiān)控患者狀態(tài)并協(xié)調(diào)設(shè)備和人員，運用一種更好的方法來分析流程、降低操作成本、預(yù)測和預(yù)防突發(fā)情況，從而挽救更多的生命。

在建筑運營中，數(shù)字孿生將安防系統(tǒng)、供熱系統(tǒng)、通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)集成在一起，以綜合決策，優(yōu)化工作流程并遠(yuǎn)程監(jiān)控，從而提高住戶的舒 適度。

工業(yè)軟件研發(fā)與生產(chǎn)數(shù)據(jù)以及在工業(yè)領(lǐng)域內(nèi)積累的大量工業(yè)技術(shù)和知識，都是實現(xiàn)數(shù)字孿生的上好“原料”和基礎(chǔ)構(gòu)件。2018年，美國通用電氣（GE）公司宣稱已為其生產(chǎn)的每臺發(fā)動機(jī)、渦輪機(jī)、核磁共振儀都創(chuàng)造了一個數(shù)字孿生體。這些仿真的數(shù)字化模型可以在虛擬空間被調(diào)試、實驗，這樣就能夠讓實體機(jī)器達(dá)到最佳的運行效果。

數(shù)字孿生除了可以預(yù)見關(guān)鍵安全事件的系統(tǒng)響應(yīng)，通過與實體的系統(tǒng)響應(yīng)進(jìn)行對比，揭示裝備研制中存在的未知問題外，還可以通過激活系統(tǒng)的自愈機(jī)制，或者建議更改任務(wù)參數(shù)來減輕設(shè)備損耗，或者通過調(diào)節(jié)系統(tǒng)運營效率來提高系統(tǒng)的使用壽命和執(zhí)行任務(wù)的成功率。

數(shù)字孿生在新材料研發(fā)、自然環(huán)境研究、人類社會系統(tǒng)研究等方面也有著廣闊的應(yīng)用前景。

工業(yè)界提出了數(shù)字孿生的概念，并將其應(yīng)用于汽車制造、飛機(jī)制造等領(lǐng)域。但現(xiàn)在，數(shù)字孿生有了更廣泛的應(yīng)用，從工業(yè)范圍內(nèi)的數(shù)字孿生走向城市范圍內(nèi)的數(shù)字孿生，數(shù)字孿生將面臨更加復(fù)雜的局面。

現(xiàn)實世界和虛擬世界的互動正在不斷加強(qiáng)，新的技術(shù)路徑正在形成，人類社會正在向數(shù)字經(jīng)濟(jì)、數(shù)字文明轉(zhuǎn)型。進(jìn)入21世紀(jì)，美國和德國均提出了CPS，其目標(biāo)就是實現(xiàn)現(xiàn)實世界和虛擬世界的交互融合，通過新一代信息技術(shù)在虛擬世界仿真分析和預(yù)測，以最優(yōu)的結(jié)果驅(qū)動現(xiàn)實世界的運行。數(shù)字孿生的本質(zhì)就是在虛擬世界對現(xiàn)實世界等價互動。數(shù)字孿生成為實現(xiàn)CPS的最佳技術(shù)，并收斂和集成于元宇宙之中。

數(shù)字孿生最為重要的啟發(fā)意義在于，它實現(xiàn)了現(xiàn)實物理系統(tǒng)向賽博空間數(shù)字化模型的反饋，這是人類逆向思維的壯舉。人們試圖將現(xiàn)實世界發(fā)生的一切在數(shù)字空間中同步進(jìn)行，只有帶有回路反饋的全生命跟蹤，才是真正的全生命周期。這樣，我們也才可以真正在全生命周期范圍內(nèi)保證虛擬世界與現(xiàn)實世界協(xié)調(diào)一致。數(shù)字孿生的盡頭，就是現(xiàn)實世界延伸出的數(shù)字空間—— 元宇宙。

3. 量子計算

元宇宙的一切都離不開算力的支持。

小至手機(jī)、筆記本計算機(jī)，大到超級計算機(jī)，算力存在于各種智能硬件設(shè)備中。算力的核心在芯片，沒有芯片就沒有各種軟硬件的正常應(yīng)用。每一次人臉識別，每一次語音、文字轉(zhuǎn)換，都需要算力支持。

算力的大小代表著我們處理數(shù)字化信息能力的強(qiáng)弱，從原始社會的手動計算，到古代的機(jī)械計算，再到現(xiàn)代的電子計算、數(shù)字計算，算力代表了人類對數(shù)據(jù)的處理能力，也代表了人類智慧的發(fā)展水平。因為使用了超級計算機(jī)，電影《阿凡達(dá)》的后期渲染只用了一年的時間，而如果用普通計算機(jī)的話則需要一萬年。

算力之于元宇宙就如同水利工程之于農(nóng)業(yè)時代、電力之于工業(yè)時代，算力是數(shù)字經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)和核心生產(chǎn)力?！靶履柖伞敝赋?，每經(jīng)過18個月，人類新增存儲的數(shù)據(jù)量是有史以來存儲的數(shù)據(jù)量總和。超大規(guī)模的數(shù)據(jù)量使得人類對算力的需求也達(dá)到了前所未有的高度。

隨著技術(shù)不斷發(fā)展，人工智能的模型越來越大，其所需要的算力幾乎每經(jīng)過三四個月就會擴(kuò)大一倍。全社會對算力提升的需求也越來越迫切，預(yù)計每年將以超過20％的速度增長。

數(shù)據(jù)存儲能力和算力需求呈現(xiàn)互相促進(jìn)、循環(huán)增強(qiáng)的狀態(tài)。不斷增加的數(shù)據(jù)量要求算力的同步提升，算力指數(shù)平均每提高1%，數(shù)字經(jīng)濟(jì)和GDP將分別增長3.3‰和1.8‰。利用云網(wǎng)融合等新型網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，如同電網(wǎng)一樣，算力正進(jìn)入算力網(wǎng)絡(luò)階段。算力科學(xué)正在從傳統(tǒng)的計算模擬和數(shù)字仿真，走向基于高性能計算與科學(xué)大數(shù)據(jù)、深度學(xué)習(xí)深度融合的“第四范式”。算力網(wǎng)絡(luò)是“一種根據(jù)業(yè)務(wù)需求，在云、網(wǎng)、邊、端之間按需分配和靈活調(diào)度計算資源、存儲資源以及網(wǎng)絡(luò)資源的新型信息基礎(chǔ)設(shè)施”。

我國“東數(shù)西算”工程，在京津冀、長三角、粵港澳大灣區(qū)、成渝、內(nèi)蒙古、貴州、甘肅、寧夏八地啟動建設(shè)國家算力樞紐節(jié)點，并規(guī)劃了十個國家數(shù)據(jù)中心集群，把東部的算力需求轉(zhuǎn)變?yōu)槲鞑康脑鲩L動力，優(yōu)化數(shù)據(jù)中心建設(shè)布局，促進(jìn)東西部協(xié)同聯(lián)動，實現(xiàn)能源和算力全國統(tǒng)籌。

元宇宙搭建在一個多維的虛擬現(xiàn)實場景之上，也需要強(qiáng)大的算力支撐。但如果要做到真正普惠地使用元宇宙，就必須使用量子計算。

量子計算是一種遵循量子力學(xué)規(guī)律調(diào)控量子信息單元進(jìn)行計算的新型計算模式。

量子力學(xué)的疊加態(tài)原理使量子信息單元的狀態(tài)可以處于多種可能性的疊加狀態(tài)。因此，與以二進(jìn)制方式處理信息的電子計算相比，量子計算擁有更大的大幅提升算力的潛力。

電子計算機(jī)中的2位寄存器在某一時間僅能存儲4個二進(jìn)制數(shù)（00、01、10、11）中的一個，而量子計算機(jī)中的2位量子比特（qubit）寄存器可同時存儲4種狀態(tài)的疊加狀態(tài)。隨著量子比特數(shù)目增加，對于n 個量子比特而言，量子信息可以處于2種可能狀態(tài)的疊加狀態(tài)，配合量子力學(xué)演化的并行性，量子計算機(jī)可以實現(xiàn)比電子計算機(jī)更快的處理速度。

把量子考慮成磁場中的電子。電子的旋轉(zhuǎn)方向可能與磁場方向一致，稱為上旋轉(zhuǎn)狀態(tài)，或者與磁場方向相反，稱為下旋轉(zhuǎn)狀態(tài)。如果我們能在消除外界影響的前提下，用一份能量脈沖將下旋轉(zhuǎn)狀態(tài)的電子轉(zhuǎn)為上旋轉(zhuǎn)狀態(tài)， 那么我們用一半的能量脈沖，就可以把下旋轉(zhuǎn)狀態(tài)的電子轉(zhuǎn)到一種下旋轉(zhuǎn)與上旋轉(zhuǎn)疊加的狀態(tài)上（處在每種狀態(tài)上的概率為二分之一）。

對于n個量子比特而言，它可以承載2的n 次方個狀態(tài)的疊加狀態(tài)。量子計算機(jī)的操作過程被稱為幺正演化，幺正演化將保證每種可能的狀態(tài)都以并行的方式演化。

這意味著量子計算機(jī)如果有500個量子比特，則量子計算的每一步都會對2500種可能性同時做出操作。這是一個非常大的數(shù)字，比地球上已知的原子數(shù)量還要大得多，這是真正的并行處理。電子計算機(jī)的并行處理器一次只能做一件事情。

4.新一代數(shù)據(jù)存儲技術(shù)

在元宇宙中，數(shù)據(jù)存儲能力與算力一樣，也是元宇宙的基礎(chǔ)。

存儲設(shè)備作為數(shù)據(jù)存儲的載體起到了核心與關(guān)鍵的作用。數(shù)據(jù)存儲是一門涵蓋硬件與軟件的計算機(jī)系統(tǒng)科學(xué)，基于光存儲和磁存儲的各種新存儲技術(shù)不斷出現(xiàn)。

面對越來越大的數(shù)據(jù)量，縮小存儲介質(zhì)的體積以減少占地及投入成了存儲技術(shù)的重中之重。

最近幾年，存儲技術(shù)得到了飛速發(fā)展，給存儲領(lǐng)域帶來了沖擊與新的 機(jī)會。

在IBM研發(fā)的“孤立原子”存儲方式，能極大縮減存儲介質(zhì)體積，這種技術(shù)能將3 500萬首歌曲的文件存儲在一個信用卡大小的硬盤中?？杉幢闳绱?，日漸龐大的數(shù)據(jù)存儲需求仍然難以被滿足。隨著IoT（物聯(lián)網(wǎng)）的發(fā)展， 產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量更是驚人。

DNA存儲也是近年來非常熱門的一種數(shù)據(jù)存儲技術(shù)。我國“十四五”規(guī)劃明確提出，“加快布局量子計算、量子通信、神經(jīng)芯片、DNA存儲等前沿 技術(shù)”。

目前存儲的數(shù)據(jù)技術(shù)都是通過表現(xiàn)兩種不同的狀態(tài)，分別代表0和1的。

DNA存儲則是把原本這些用0和1來表示的內(nèi)容換成四種堿基——腺嘌呤、胸腺嘧啶、鳥嘌呤和胞嘧啶來表示，用遺傳代碼替代計算機(jī)代碼，實現(xiàn)從數(shù)字信號到化學(xué)信號的轉(zhuǎn)變，被稱為數(shù)據(jù)存儲終極技術(shù)。

DNA這種雙螺旋結(jié)構(gòu)上有四種化學(xué)基團(tuán)——堿基，每種堿基都可以用一個字母表示：A代表腺嘌呤、T代表胸腺嘧啶、G代表鳥嘌呤、C代表胞嘧啶。它們按照特定順序排列，組成遺傳信息，控制生物體生長發(fā)育。

研究人員開發(fā)的DNA數(shù)字存儲系統(tǒng)利用這四個堿基“字母”，開發(fā)定制代碼。堿基可以被看作編程代碼，組成完全區(qū)別于生物體所用語言的“語言”。

DNA存儲具有三個非常突出的優(yōu)點。

一是信息密度高。據(jù)微軟研究院估計，1立方毫米DNA就能夠存儲1 EB （Exabyte，百億億字節(jié)）的數(shù)據(jù)；1克DNA就能夠存儲大量的信息。如果要存下當(dāng)前全世界的所有數(shù)據(jù)，只需要1千克左右DNA就足夠了。

二是存儲時間長、穩(wěn)定性強(qiáng)。在合適的條件下，DNA可以存儲上萬年。

三是存儲能耗很低。

然而，DNA存儲還存在不少缺點，還需要很長一段時間才能真正能被大范圍使用。

隨著元宇宙大門逐漸開啟，目前的數(shù)據(jù)存儲技術(shù)面臨著重大的挑戰(zhàn)。

在元宇宙所依賴的技術(shù)中，區(qū)塊鏈的技術(shù)將是對傳統(tǒng)模式改變最大的部分。2018年，喬治·吉爾德在《后谷歌時代》中說明，價值互聯(lián)網(wǎng)終將迭代信息互聯(lián)網(wǎng)，開啟加密經(jīng)濟(jì)新時代。

在組織方式上，人類將會把中心化組織和去中心化組織結(jié)合在一起。這樣可以大大提高效率，降低勞動強(qiáng)度，尤其是其中的智能合約，將會徹底重構(gòu)人類的商業(yè)模型，極大地減少內(nèi)耗和無效勞動，將人類帶入一種自管理、自組織、自動執(zhí)行的世界，重復(fù)的、瑣碎的工作都可以交給人類的伙伴—— 數(shù)字人完成，人類得以被解放出來，專注于生活體驗和創(chuàng)新體驗。

在這一切元宇宙所依賴的技術(shù)背后，都隱藏著一個“巨人”。

可以這么說，沒有這個“巨人”就沒有元宇宙，沒有元宇宙這個“巨人”也將無處躲藏。

這個“巨人”，就是人工智能。

人工智能是數(shù)字經(jīng)濟(jì)的出發(fā)點，也是數(shù)字經(jīng)濟(jì)的歸宿。

在數(shù)字經(jīng)濟(jì)中，我們將會遇到一種全新的經(jīng)濟(jì)組織形式。它也將在元宇宙的體系中得到廣泛應(yīng)用，它就是DAO。