2020信息技术的高光时刻

来源:《中国科学报》2020年12月31日

2020年,新冠肺炎疫情的来袭凸显了信息技术前所未有的重要性。远程办公、线上教学、大数据采集、视频监控……在支撑正常生活、科技抗疫方面,信息技术发挥了无可替代的作用。

疫情在世界蔓延的同时,脑机接口、量子计算、无人驾驶……诸多前沿领域也没有停止发展的步伐。岁末年终,让我们一起回顾2020年信息技术领域的高光时刻,并直面未来发展的挑战和问题。

谁在给脑机接口技术“放卫星”

2020年,“火星人”埃隆·马斯克结结实实地给脑机接口放了一把卫星。

8月底,马斯克为其旗下的脑机接口公司Neuralink举行发布会,用“三只小猪”演示了可实际运作的脑机接口芯片和植入式手术设备,让人们切实感受到了脑机接口的视觉冲击。马斯克也在这场发布会上异常兴奋,宣称通过脑机接口技术可以实现“意念控制”,甚至利用人脑数据读取可实现“数字永生”。

此言一出,急坏了从事脑机接口技术研究的科学家们。11月上旬,巴西籍神经生物学家、美国杜克大学医学院神经科学教授米格尔·尼可莱利斯造访中国,在接受《中国科学报》等媒体采访时严词回应马斯克:“不会有心灵感应,也不会有(数字)永生。”

作为“脑机接口”权威专家,米格尔曾于2014年主导发明基于脑机接口技术的“机械战甲”,帮助28岁的截瘫青年朱利亚诺·平托为那届巴西世界杯赛开球。

“作为这个技术的创造者,我认为像科幻电影或小说里提到的,通过脑机接口来实现意念控制是不可能的,没有任何科学依据。”米格尔对《中国科学报》说,“我非常遗憾马斯克给出了这样错误的说法——这更像是一种用来吸引眼球的营销手段,但是这种说法完全无助于这个领域的科学工作。”

“他讲的这些我一个字都不同意。”米格尔有些愠怒。

其实在发布会后,马斯克本人和该公司也表明,他们脑机接口技术的主要发力方向仍将是医疗领域,即利用脑机接口来帮助人类对抗记忆力衰退、颈脊髓损伤以及癫痫、抑郁、帕金森等神经系统疾病。

就如主导发明“机械战甲”一样,米格尔也在采访中表示,他们最关注的还是脑机接口“有潜力在医学上对人类有所帮助,尤其是采用非入侵性手段应用脑机接口的做法”。

“脑机接口技术是从医学领域开始的,并在其中取得了相对较多的进展,但是,它会有很多其他应用,其中有一些现在看起来非常有意思。”米格尔说,“但是所有医学以外的应用都是非常初级的。这些处于婴儿阶段的应用,有很大的想象空间。”

在利用脑机接口技术为患者提供更好的医疗方案方面,米格尔有更多想法和尝试,“共享脑机接口”就是其中一种。他们正在巴西开展相关实验研究。

不过,米格尔同时表示:“我们确实已经取得了很多进展,但该领域要想获得更好的发展,还需要做出更多的突破。我仍然相信脑机接口技术会是一场彻底的变革,但走向成功的这1000步,我们目前可能只走了250步,未来还有很大的成长和改进空间。”

人工智能“泛化应用”时代来临

2020年,人工智能(AI)以“AI+”的形式迎来爆发。智能测温设备、消毒机器人、送货机器人开始走进大众视野。

今年,国家发改委首次明确新型基础设施的范围,人工智能位列其中。

搭上“新基建”的快车,人工智能迎来了“高光时刻”。在“抗疫战场”上,红外热成像、人脸识别、视频采集监控智能分析等技术成为人们防疫、抗疫的得力助手;华为发布计算视觉研究计划,以“视频+AI”为核心,用“机器视觉”助力千行百业数字化转型;华米科技和中国科大宣布共建脑机智能联合实验室……

此外,百度、腾讯、阿里等AI企业,也在今年密集落地了大量AI技术应用。在百度AI的支持下,百度地图升级智能专网、智能物流、智能停车、自动驾驶等行业解决方案。

同时,智慧城市、智慧矿山、智能制造、智慧金融、智慧零售及智能教育等都成为当前人工智能应用的主流场景。

近日,艾瑞研究院发布的《2020年中国人工智能产业研究报告》认为,人工智能已经从讲技术教育市场阶段,过渡到思考如何将技术与商业结合进行落地阶段,时代进入了人工智能与传统产业广泛、深度融合的前夜。同时,伴随人工智能落地应用场景增多,全球人工智能企业应用场景“泛化时代”即将来临。

北京理工大学教授邓方在接受《中国科学报》采访时表示,今年给他留下深刻印象的是DeepMind团队的AlphaFold2和MuZero。“第二代AlphaFold成为人工智能突破又一个重要领域的标志性工作,它会给人类健康带来巨大促进,甚至会改变和颠覆未来生物学的研究方式。”邓方说,“MuZero能无师自通,在不知道规则的情况下掌握游戏。这些是通用人工智能领域里程碑式的工作。未来人类引以为傲的很多领域都将会被人工智能一一突破。”

中科院自动化所研究员兴军亮则在评价腾讯 AILab 与王者荣耀联合研发的策略协作型 AI——“绝悟”升级版“达到专业选手水平”。

此外,清华大学教授张悠慧团队提出类脑计算“神经形态完备性”概念,北京大学教授黄铁军团队成功研制仿视网膜成像芯片,清华大学教授朱军团队研发第三代安全可控人工智能等,多项成果可圈可点。

区块链、物联网、5G等新技术与人工智能的深度融合,使后者日益成为经济社会发展的基石。不可否认的是,人类改变了人工智能,人工智能也将改变人类的生活。

量子计算迎来里程碑式突破

在波色高斯取样这项任务中,由76个可被探测的光子所组成的“量子计算机”,其200秒的“算力”,相当于目前最强超算6亿年的计算能力,速度比后者快一百万亿倍。《科学》12月4日发布的中国科学技术大学(以下简称中国科大)“九章”所取得的重大突破,举世轰动。

“‘九章’再一次展现了‘量子优越性’,而且是通过光量子的形式。”美国理论计算机科学家、玻色取样算法的发明者之一斯考特·亚伦森对“九章”颇为欣赏。

事实上,2020年确是属于量子计算大发展的一年。这一年,闪耀的也不只是“九章”。

9月,加拿大量子计算系统公司D-Wave宣布其新一代的量子计算机Advantage上市。据了解,Advantage系统具有超过5000个量子比特和15路量子比特连接性,并通过“量子云”向用户提供服务。该量子计算平台集成了新的硬件、软件和工具,以实现并加速生产型量子计算应用。此外,D-Wave还提供一个扩展的混合求解器服务,用以求解多达100万个变量的问题。

同在9月,我国量子计算初创企业“本源量子”上线了超导量子计算云平台,并接入自主研发的量子计算机“悟源”。它搭载了有6个量子比特的超导量子处理器“夸父KF C6-130”,其保真度、相干时间等各项关键技术指标处于国际先进水平。此外,作为一台可稳定运行的超导量子计算系统,“悟源”目前已经可以脱离实验室环境运行,证明它也是国内率先实现工程化的量子计算机原型系统。

据了解,本源量子已开始研发下一代24比特超导量子芯片与量子计算控制系统,预计在2021年底推出60比特的悟源超导量子计算机。

今年8月,美国AWS也推出了量子计算服务“Braket”,它将帮助研究人员和开发人员探索潜在的应用和评估当前的量子计算技术。据介绍,Braket提供的开发环境可用来设计量子算法、在模拟量子计算机上测试量子算法以及在不同类型的量子计算硬件上运行该算法。

除上述外,美国量子计算初创公司IonQ,基于离子阱技术开发量子计算系统;加拿大初创公司Xanadu,通过云平台推出基于门控的8个或12个量子比特的光量子计算机;以色列初创公司Quantum Machines 推出了名为QUA的量子计算标准通用语言;霍尼韦尔也宣布在10月底推出其新一代的量子计算机“Model H1”宣布切入量子计算领域。

“量子计算机是目前人类唯一已知的、利用一种完全不同于传统编码方法和物理原理的新型计算方式。它就像一个初生婴儿,其最终的计算方式、形态可能是完全不同于经典计算机。”“九章”的主导者之一、中国科大教授陆朝阳说,不管从发展时间还是原理、形态上,都应给予其更自由和宽松的发展空间,才能有意想不到的惊喜。

网络安全是对全球的考验

2020年,突如其来的新冠肺炎疫情,打乱了世界运转的正常秩序,强迫人类增加社交距离,减少聚集。这一点改变,让人类与互联网的联系更加紧密。

为了适应世界数字化的飞快转型,远程办公、接触者追踪应用,以及可穿戴设备等应用扩大范围的同时,也带来了新的网络威胁。

2020年5月,“特斯拉汽车大面积失联,中国车主被锁车内”的新闻敲响了消费物联网的安全警钟。随着远程办公的流行,消费科技,尤其是安全性较差的智能家居产品,无论是家用Wi-Fi路由器、游戏主机还是智能玩具和监控摄像头,都成为黑客攻击和法规监管的重点对象。而类似的物联网(IOT)系统漏洞等,如果在4G时代不能解决的话,其影响将在5G环境下呈指数性扩大。

解决漏洞的手段既涉及到技术,也涉及到法律法规。无论是《加州隐私保护法案》还是英国的《儿童隐私保护产品准则》,抑或是我国的监管机构围绕实施更严格的本地数据隐私法而展开的行动,都意味着隐私问题正在成为各国逐步重视的领域。中科院信息工程研究所研究员翟立东在接受《中国科学报》采访时认为:“法律作为最后一道防线具有强制执行力,问题解决和防范还需要靠技术人员和用户的共同努力。”

翟立东解释道,从技术方面解读,在安全问题发生前,技术人员在日常的开发生产中就应该注意服务的保密性、完整性、可用性、可控性等设计,防止在日后系统使用过程中暴露出薄弱点,被恶意利用。

在解决安全问题方面,2020年初登上《麻省理工科技评论》公布的2020年“全球十大突破性技术”榜单的量子物理学互联网,让人们看到了保护网络安全的更佳选择。该项目由代尔夫特理工大学、量子互联网联盟与中国科学技术大学联合实施。

量子物理学互联网是使用量子技术在城市之间传输信息的网络。这项技术依赖于一种“量子纠缠”的粒子行为,相互纠缠的光子在不破坏其内容的情况下无法被秘密读取。但是,代尔夫特理工大学的 Stephanie Wehner团队发现,尽管保密性强,但创建纠缠的粒子很难,远距离传输粒子更难。其团队在今年年初就实现了将粒子发送超过 1.5 公里的距离,如今他们正致力于通过量子技术建立一个可以连接荷兰四个城市的网络。

翟立东认为,该技术之所以被如此看重,是因为当今世界,信息安全一直是个热点问题。规模化的信息泄露和攻击事件,在全世界范围内几乎每周都会出现。“从原理层面看,经典通信原理和早期设计的网络协议存在缺陷,网络安全问题在经典世界里看不到一劳永逸的解决方案。所以,网络安全被寄希望于量子信息技术的突破。”翟立东解释道,“只是量子网络节点的量子处理器目前还不太成熟,真正好的节点处理器应该是量子计算机,真正理想的量子网络还有待量子计算机的成熟。一旦配备量子计算机的量子网络得以实现,其能力可能远超我们想象力所能达到的范畴。”

自动驾驶:谈下半场为时尚早

受新冠肺炎疫情影响,2020年,自动驾驶领域发展可谓一波三折。先是自动驾驶卡车创业公司Starsky Robotics资金链断裂;而后,累计融资超过70亿元的自动驾驶公司Zoox因“资金链断裂”而卖身亚马逊;与此同时,Cruise、Kodiak、Ike、Starship等自动驾驶公司也先后曝出裁员消息;而在12月,美国网约车巨头Uber宣布出售其自动驾驶部门ATG。

中科院深圳先进技术研究院汽车电子中心主任李慧云在接受《中国科学报》采访时分析认为,汽车工业是目前制造业单一产品规模最大的行业,受此影响,自动驾驶历来就是资本投资的风口。大量非汽车行业资本涌入,使部分自动驾驶企业的发展存在泡沫。在疫情的影响下,投资紧缩或融资不到位造成资金链断裂也属正常。

但她认为,目前还没到“赢家通吃”的时候,这只是倒下的第一批企业。自动驾驶资金投入量大,回报周期漫长,需要“养”人工智能、数据研发研究等庞大的团队,还要与交通运输等部门合作。“自动驾驶是比芯片还烧钱的行业,没有百亿元的投入很难‘熬’到盈利。”李慧云说。

有黯然离场的企业,也有高调进场的企业。12月,激光雷达技术公司Luminar宣布将与奥迪自动驾驶子公司合作,2021年完成自动驾驶的部署。同时,有报道称,苹果预计2021年9月发布Apple Car。

与刚刚开局的企业相比,百度显然已经走在了自动驾驶研发的梯队前列。4月起,百度Apollo在湖南长沙、河北沧州、北京等地展开自动驾驶载人测试。但李慧云认为,自动驾驶汽车距离“上路”其实还有很长一段路。不仅因为测试项目多,更因为缺乏标准的场地和系统支持,以及法律法规的支撑。

虽然法律尚未完善,但也不妨碍自动驾驶技术在社会中真正应用。在武汉“封城”的76天中,低速无人车在医院各处“奔走”,送餐、送药、测温、消毒、清洁等,极大地缓解了临床医护人员的紧缺问题。

在美国,无人车也“开”出医院,其自动送货初创公司Nuro在加州公共道路上推出付费自动送货服务。对此,李慧云解释说,从技术角度看,低速无人车与自动驾驶两者的实现路径和应用场景不同,前者较为简单。未来10年内,自动驾驶有望在专业领域实现应用,但大众使用自动驾驶汽车的路还很遥远。

目前我国与发达国家在自动驾驶应用水平上几乎并驾齐驱,但底层软硬件、电气架构、测试验证方法等方面的原始创新少,还停留在优化他人成果的阶段。“自动驾驶正处于大变革的前夜,一批‘杀手锏’技术即将出现,如果能抓住这样的发展契机,有望带动一个城市,甚至一个国家的发展。”李慧云说。

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