2020十大突破性技术上钱江晚

钱江晚报·小时新闻记者章咪佳

《麻省理工科技评论》最近公布了全球十大突破性技术，包括：

使人们更加清楚地认识到气候变化是如何让天气恶化的，以及人类需要为此做出哪些准备工作的气候变化归因研究；

部署成千上万颗卫星协同工作，让地球上哪怕是最贫穷和最偏远的地区也能用上互联网的超级星座卫星技术；

将能够解决经典机器不能解决的问题的量子计算机技术；

使得设备不需要与云端交互就能实现很多智能化操作最新人工智能技术；

可以解决人口普查局数据保密难度升级问题的差分隐私技术；

能够自主、快速找到成为药物的分子人工智能技术；

能够延长寿命、有望通过减缓或逆转基本的衰老过程来治疗特定疾病的抗衰老药物；

无法被黑客攻击的量子网络技术；

可以用来分裂全球的金融体系的数字货币技术；

以及，为身患绝症的人带来一线希望的个体量身定制的基因药物技术。

气候变化归因

主要研究者：

WorldWeatherAttribution、RoyalNetherlandsMeteorologicalInstitute、RedCrossRedCrescentClimateCentre

成熟期：现在

去年9月，在热带风暴“伊梅尔达”（Imelda）袭击美国休斯顿地区十天后，一个快速反应研究团队就宣布，几乎可以肯定，气候变化在风暴的产生中扮演了一定角色。

世界天气归因（WorldWeatherAttribution）团队进行了高精度的计算机模拟，对比了世界在气候变化已发生和未发生的情况下会有何不同。结果显示，在前者（我们所生活的世界）中，严重风暴发生的可能性是后者（未发生）的2.6倍，风暴的强度也高了28％。

在本世纪初，科学家们曾不愿将任何具体事件与气候变化联系起来。但在过去的几年里，科学家们进行了更多的极端天气归因研究，快速改进的相关工具与技术也使得该邻域的研究成果更加可靠、更有说服力。

这是一系列进步的结果。

首先，越来越多的详细卫星数据记录帮助我们了解自然系统。此外，计算能力的提高意味着科学家可以进行更高精度的仿真，并开展更多的虚拟实验。

再加上其他一系列的技术进步，科学家们得到了一个在统计学意义上越来越可信的结论：全球气候变暖通常会加剧危险天气事件的发生。

通过把气候变化的影响从其他因素剥离出来，这些研究告诉我们要为怎样的风险做好应对准备，比如随着全球气候变暖的加剧，预计会有多少洪灾发生，热浪又会变得有多严重。如果我们选择倾听，他们可以帮助我们了解，为了应对气候已发生变化的世界，我们的城市和基础设施需要进行怎样的改造。

超级星座卫星

主要研究者：

SpaceX、OneWeb、亚马逊、Telesat

成熟期：现在

世界上仍有超过35亿人无法使用互联网。像SpaceX和OneWeb这样的公司认为，他们可以通过发射数千颗卫星来组成巨大的卫星星座，让地球上的每一寸土地都能通过宽带连上互联网终端。只要这些终端的上空未被遮挡，他们就可以将互联网传送到附近的任何设备上。仅SpaceX一家计划在十年内入轨的卫星数量，就比人类历史上发射卫星的数量总和还多4.5倍。

部署这些巨大的卫星星座是可行的，因为我们已经学会了如何制造更小的卫星，并以更低的价格进行发射。在航天飞机时代，将卫星发射到太空的成本约为每磅24,美元。发射一颗重量四吨的小型通信卫星的成本接近2亿美元。

如今，SpaceX的Starlink卫星重量仅有约磅（千克）。可重复使用的设计和低廉的制造成本，意味着我们可以通过火箭一次性发射几十颗卫星，从而大幅降低成本。现在，SpaceX猎鹰9号火箭发射的成本只有每磅1,美元。

去年，首批颗Starlink卫星已经发射升空，该公司计划从年1月开始每两周进行一次发射，每次60颗卫星。OneWeb将于今年晚些时候发射超过30颗卫星。我们很快就会看到成千上万颗卫星协同工作，让地球上哪怕是最贫穷和最偏远的地区也能用上互联网。

但要想实现这个目标，还有一些问题需要解决。

一些来自学界的研究者对这项计划非常不满，认为大量卫星会对天文学的研究造成干扰。更糟糕的是，这么多的卫星在轨道上运动，一旦发生一起碰撞事故，就可能会像雪崩一样引发无数起碰撞，最终形成千千万万块空间碎片。这样的灾难会让未来人类几乎无法再使用卫星服务和进行太空探索。年9月，Starlink的一颗卫星与欧洲航天局的一颗气象卫星险些相撞，吓出一身冷汗的人们意识到，我们还完全没有做好准备，维持如此大量的卫星在轨运行。

未来十年内，这些巨形卫星互联网星座的命运将决定地球轨道空间的未来。

量子优越性

主要研究者：

谷歌、IBM、微软、Rigetti、D-Wave、IonQ、ZapataComputing，QuantumCircuits

成熟期：5-10年以上

量子计算机存储和处理数据的方式与我们常见的经典计算机完全不同。理论上，它们可以解决某些类型的问题，这些问题即使是最强大的经典超级计算机也需要数千年才能解决，比如破解密码，或者在新药物和材料研究中模拟的分子精确行为等。

量子计算机已经存在好几年了，但只有在特定的条件下，它们才会超越经典计算机。一台拥有53个量子比特(量子计算的基本单位)的计算机用三分钟多一点的时间完成了一次计算任务，据谷歌估计，使用世界上最大的超级计算机完成这一任务可能需要1万年，也就是15亿倍长的时间。IBM对谷歌的说法提出了质疑，称量子计算机最多能使速度提高一千倍。即便如此，这也是一个里程碑式的提升。量子计算机每增加一个量子位元，其运算速度就会提高一倍。

然而，谷歌的演示只是对量子计算概念的一个证明，相当于在计算器上做随机加法并证明答案是正确的。现在的目标是要制造有足够量子位的机器来解决实际问题。这是一个艰巨的挑战：因为量子位越多，就越难维持它们微妙的量子态。谷歌的工程师们相信他们的方法可以达到到0个量子位，这可能足够解决一些实际问题了，但是没有人确切知道能解决什么实际问题。

除此之外呢？能够破解当今密码学的量子计算机将需要数百万个量子位，实现这一目标可能还需要几十年的时间。但是创建一个可以模拟分子的量子计算机模型应该相对容易。

微型人工智能

主要研究者：

谷歌、IBM、苹果、亚马逊

成熟期：现在

人工智能发展有一个现实问题：为了构建更强大的算法，研究人员正在使用越来越多的大数据和计算能力，并依赖于中心化的云服务。这不仅会产生惊人的碳排放量，而且还限制了人工智能应用的运行速度，同时造成很多隐私问题。

微型人工智能的兴起正在改变这一点。科技巨头和学术研究人员正在探索新的算法，在不丧失能力的情况下缩小现有的深度学习模型。与此同时，新一代的专用人工智能芯片有望将更多的计算能力集成到更紧密的物理空间中，以更低的功耗来训练和运行人工智能算法。

这些技术进步正在惠及广大消费者。去年5月，谷歌宣布可以在用户手机上运行谷歌助手，而无需向远程服务器发送请求；从苹果的iOS13操作系统开始，iPhone上可本地运行Siri的语音识别功能和QuickType键盘；IBM以及亚马逊现在也提供了开发平台来制作和部署微型人工智能。

所有这些都能带来很多好处。现有的服务比如语音助手、自动更正和数码相机等将变得更好更快，不必每次都需要连接云端才能运行深度学习模型；此外，微型人工智能也将使新的应用成为可能，比如基于移动端的医学影像分析或对反应时间要求更快的自动驾驶汽车；最后，本地化的人工智能更利于隐私保护，因为你的数据不再需要离开设备就能实现服务或功能的进化。

但是，随着人工智能技术得到分布普及，它所面临的挑战也随之而来。例如，打击那些不法监视系统或深度伪造视频可能会变得更加困难，歧视性算法也可能激增。研究人员、工程师和政策制定者们现在需要共同努力，对这些潜在危害进行技术和政策检查。

差分隐私

主要研究者：

美国人口普查局、苹果、Facebook

成熟期：现在

年，美国政府将要完成一项重大任务：3.3亿美国居民的人口普查，同时还要对他们的身份数据进行保密。政策制定者和学者在进行立法或者研究时需要对这些数据进行分析，同时相关法律规定，人口普查局必须确保这些数据无法被用以“定位”到任何个人。

但目前依然有一些手段可以使个人数据“去匿名化”，尤其是在普查数据与其他公共统计数据整合在一起的情况下。

因此，人口普查局在数据中加入了一种“噪声”。它可能会更改一部分人的年龄或人种信息，但它同时能保持每个年龄或种族群体的总数不变。加入的噪声越多，对数据进行去匿名化就越困难。

差分隐私是一种数学技术，它能够在给数据添加噪声的同时，一直计算隐私提升的程度，从而使得增加“噪音”的过程变得更加严谨。苹果和Facebook已经使用这种方法来收集聚合数据，而不需要识别特定的用户。

但是过多的噪声又会使数据变得无用。一项分析显示，年人口普查的一个差分隐私版数据中包含了据称有90人的家庭。

如果顺利，其他联邦机构可能也会使用这种方法。加拿大和英国等国也在

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