科普文：计算机科学二进制的演化及三进制的可能

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当我们在电脑上打开一个软件，看一部电影，听一首歌的时候，我们很难想象这些东西都是由0和1这样的二进制数字组成的。但你有没有好奇过，为什么电脑用二进制呢？难道是因为它效率最高吗？但其实并非如此。理论上讲，三进制计算机的效率要比二进制更高，甚至苏联也曾花费重金研究过它。

那我们为什么没有用上这种更高效的计算机呢？

进制是一种人类智慧衍生的技术方式。我们天生有十根手指，所以人类天然选择了十进制，常用的写正字，也类似于五进制。而计算机的二进制是由0和1组成的，也是逢二进一，借一当二。

不知道大家有没有个疑问，为什么计算机没有用更常见的进制，偏偏选择了二进制的，毕竟计算机也是给人用的，非要转化成一串长长的0和1 ，不是很反人类吗？之前看过不少科普，大多都是用一句电脑只能看得懂0和1，就蒙混过关了。但其实最重要的原因是计算机出生的年代，二进制是最容易实现的。其实历史上也曾出现过非二进制的电脑，比如1945年诞生了世界上第一台通用计算机ENIAC（埃尼阿克） 就是一台十进制电脑。

计算机是由逻辑电路组成的，而电路中通常只有两个状态，开和关，这两种状态正好可以用1和0表示，而1和0又恰好与逻辑运算中的对与错对应。这才有了著名的冯诺依曼结构，也让二进制在计算机上大放异彩。此后的几十年，二进制计算机越来越先进，各方面的硬件也逐渐完善。

现在你用的手机电脑的显卡，女神的照片，各种游戏靠的全是二进制，但其实二进制并不是效率最高的。理论上来讲，e进制才是最高效的。e的大名叫自然常数，也叫欧拉数，是一个大约为2.71828的无限不循环小数。也就是说2.71828净值是理论上最高效净值，但是2.71828净值工程上就没有办法实现了。而3比2更接近e。由此我们可以得出结论，数据表达上效率最高的是三进制，其次才是二进制。但为什么咱们现在没用上效率更高的三进制计算机呢？

那就不得不提到那已经消失的国家了。苏联其实在五十多年前就发现了三进制在计算机上的优势。1958年，莫斯科国立大学的计算机研究中心研制出了世界上第一台三进制电子计算机Сетунь， Сетунь 计算机用的不是一般那种逢三进制的三进制，而是平衡的三进制，也叫对称三进制。

什么是平衡三进制呢？也就是由-1，0，1构成的对应的逻辑电路，就是负电压零电压和正电压平衡。三进制是一种很巧妙的设计，它所记录的数字可以表达出全部整数。由于负一的引入，对负数就不必使用额外的负号了，而二进制是无符号数，不能直接表示负数。

所以平衡三进制在计算效率上会高于二进制。另外，平衡三进制多出了一个数字，也让计算机多了一种可能。因为布尔逻辑，然后二进制计算机只有真假两种状态。而平衡三进制把零当做不确定。从认知来说，真假不确定这三种状态才更符合人脑逻辑。二进制就是因为少了不确定的状态，才让人工智能变成了人工智障。三进制下，或许计算机的自主学习能力会非常强大。要是三进制计算机真能创造出有自主意识的AI你觉得还会是美国人赢了冷战吗？

说回Сетунь这台计算机，虽然苏联早就看出了三进制的优秀，可一开始莫斯科大学并没有把这个项目当回事，只派了四个副博士和这个刚毕业的学生来开发。但没想到这台计算机在不同的室温下都表现出惊人的可靠性和稳定性，而且它的生产和维护也比同期其他的计算机要容易的多。很快，苏联部长会议通过了批量生产Сетунь 计算机的决议。不过，工业部并不看好这台机器，他们觉得这个计划经济外的玩意儿就是个科幻产物。与此同时，国内外的订单却像雪花般飞来，10到15台的年产量远远不够应付市场需求。

奇怪的是，工业部并没有随着订单数量的增加而增加产量，相反，他们严重限制生产进度，拒绝订单，并在1965年完全停产。是不是听起来很不可思议，其实原因并不复杂，Сетунь的电子元件良品率提高，而且非常耐造，同时价格还很低，它的售价只有27.5万卢布，创造了当时最低记录。而同期的计算机售价基本都在他两倍以上。那台在莫大计算中心的样机整整运行了十七年，除了在第一年更换了三个有缺陷的元器件之外，内部设备从来没有维修过。直到他被摧毁前的一刻都还能正常使用。而苏联官僚停产了Сетунь 之后，取而代之的是一种相同性能的二进制计算机，但价格却要贵出2.5倍。

说白了，Сетунь的生产让苏联官僚少了大笔财政拨款，断人财路，如杀人父母，所以这台三进制计算机就理所应当的成为了政治牺牲品。虽然Сетунь最终只生产了50台，但从加里宁格勒到雅库茨克，从阿什哈巴德到新西伯利亚，全似乎都能看到他的身影。而且各地都对他的评价很高，都认为他编程简单，很适合用于工程计算、工业控制、计算机教学等等。

Сетунь 的成功经验让莫大决定不放弃这台计算机。于是他们顶住压力，在1970年推出了Сетунь 70型计算机， 但这个项目长期得不到上级的支持，最后也不得不无限期停滞。Сетунь 70就此成为了莫斯科大学的绝唱。再后来，苏联解体，三进制计算机也跟着苏维埃混入了历史的尘埃，直到今天也没有其他国家能够复现它。

苏联曾创造了世界上第一台三进制计算机Сетунь ，但又亲手毁掉了他。所以说Сетунь 证明了三进制计算机的可行性。但如今想要再把它发扬光大，几乎是不可能的事情了。因为如果是非二进制计算机的话，就需要三种及以上的稳定状态的材料，起码二极管使用不了了。而二进制只有0和1 高低电压就很好区分，就算有点误差，计算机也可以识别出来，稳定性远远高于其他进制。

虽然随着科技的发展，这些问题已经被科学家们解决了，但大家都绝望的发现，二进制早就以指数级的增速跑的没影了。更别说是在越来越离不开计算机的今天，抛弃已经发展完善的二进制体，我们现有的硬件体系都要洗牌。大家的电脑、手机等电子产品会直接变砖。不过到了今天，芯片的制程越来越小，半导体逐渐靠近了量子这个玄学领域，突破1纳米也是迟早的事儿。相当于开了等级上限的网游，二进制已经快满级了，而三进制这个小号估计就该玩起来了。

三进制显而易见的好处是，同样的信息需要的元件数量更少。与此同时剩下的芯片性能就可以好那么一点点，也就会拖延半导体进入量子这个说不清道不明的玄学领域。而在这激烈竞争的量子领域，本身就会多一种额外的状态也是不确定的叠加态，这个多出来的状态刚好可以用三进制多出来的数来表达。在2019年，我国物理学家郭光灿和中国科技大学的同事就成功完成了三进制culture 量子信号的传输。这也是科学家们在量子领域第一次成功的三进制研究。

近两年，韩国也成功开发出三进制半导体，让三进制计算机又往前迈了一步。如今，二进制下庞大成熟的工业体系已经渐渐的显现出强弩之末的状态，但想完全取代它仍然是不太可能的事情。而从三进制计算机的发展历程中，我们也清楚的看到，历史在选择一项技术的时候，除了看重技术本身，往往还会受限于政治、经济等诸多影响。

很多时候，那些湮没在历史中的技术并非是自身有缺陷，只是他凑巧生不逢时。而这些看上去点歪了的科技树，也许在某个平行时空已经成为了不可取代的先进技术。不知道那个时空的我们会怀念二进制和电子计算机吗？