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2018十大国际科技新闻权威发布《麻省理工科技评论》2021年“全球十大突破性技术”

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2018十大国际科技***

科技日报记者 张梦然 刘霞

今天,《麻省理工科技评论》“十大突破性技术” 榜单迎来诞生二十周年的日子。2021“十大突破性技术” 发布会也于今天下午在杭州余杭未来科技城举办。

科技创新发现

本次会议由中共杭州市余杭区委、杭州市余杭区人民政府、《麻省理工科技评论》主办,浙江省委组织部(人才办)、杭州市委组织部(人才办)指导,杭州未来科技城(海创园)管委会、DeepTech共同承办,近百位国内外行业专家、青年科技领袖和商业精英齐聚一堂,碰撞新思想、分享新观点,线上四大平台同步直播,给与会者带来了一场顶级的科学技术思想盛宴。

在榜单揭晓之前,我们想考考你是否还记得二十年前的科技水平?

改变着地球生活

容我们提醒你一下,那一年,维基百科刚刚诞生,3G 网络刚打出第一通电话,苹果 iPod 首次问世,而 Windows 系统才更新到 XP。

在那个大部分人只能拨号上网、10 兆宽带就已是顶配的年代,《麻省理工科技评论》首次推出 “十大突破性技术”(TR10)榜单,榜上有名的是生物识别、数据挖掘、自然语言处理、脑机接口、机器人设计等充满未来感的 “黑科技”。

并改变着我们对现实的看法

科技日报评出的2018十大国际科技***

再次向我们证明了人类思维能力的深刻

权威发布《麻省理工科技评论》2021年“全球十大突破性技术”

在接下来的二十年里,这份年度榜单依旧不断带给人们惊喜。

2009 年,苹果尚未收购 Siri,我们就将它列为突破性技术。而在今天,虚拟语音助手已经遍地开花。

以及创造能力的无穷

2013 年,我们将 “深度学习” 列入榜单,并准确给出 3-5 年的爆发期。时至今日,它仍然是实现各种高性能机器学习算法、驱动人工智能蓬勃发展的核心技术。

石墨烯扭转“角度”可变超导体

如今,我们回望过去,科技的进步令人惊讶。二十年前陌生的技术名词要么早已成为我们生活的一部分,譬如手机上的指纹识别和人脸识别,要么成为了时下最炙手可热的研究领域,譬如脑机接口和自然语言处理。我们再也无法对它们视而不见,我们的生活也因它们更加丰富多彩和方便快捷。

精确定位“幽灵粒子”起源

这种跨越二十年的预测能力,完美诠释了 “十大突破性技术” 榜单的权威性。

当然,与其说是 “预测”,不如说是《麻省理工科技评论》站在全球科技最前沿,目睹了科技创新百年变迁后的一种沉淀,这是对科研迈向产业的可行性分析,也是对技术商业化及影响力的研判。

不过,这些并非仅有的评判标准。2019 年,《麻省理工科技评论》邀请到比尔・盖茨(Bill Gates)作为客座评选人,并全程参与评选工作。他对谋求和提升 “人类福祉” 的追求反映到了评选结果中。

首次造访小行星并发现水……

更重要的是,评选 “十大突破性技术” 的目的不仅仅是展示新创新成果,同时也旨在强调是人类的智慧促生了这些创新技术。

在最新的 2021 年榜单中,我们关注了在人工智能领域引发热议的 GPT-3 语言模型。它不仅能写出逼真的文本,更具备强大的泛用性,人们甚至认为它是通向真正通用人工智能的里程碑。

我们还选择了 mRNA 疫苗,虽然人类对 mRNA 技术的研究已持续 20 余年,但在新冠疫情肆虐全球之际,人类在短短一年时间内完成了 mRNA 疫苗的研发,并首次开展了大规模接种,该技术亦有望在医药领域掀起新革命。

如果你还没有了解这些最新的科学进展

现在是时候了

这些成果为新一代的科学家们提供灵感

带领他们继续突破人类能力的界限

01

如果你觉得这些技术离你太远,那不妨想一想过去两年最火的移动应用:TikTok。在众多短视频应用中,无论是知名度还是用户活跃度,TikTok 都以绝对优势遥遥领先。我们认为,其背后的推荐算法是兼具代表性和突破性的技术。

除此之外,今年的榜单还包括绿色氢能、多技能 AI、远程技术、锂金属电池、数字接触追踪、超高精度定位和数据信托。

它们是科技领域最热门、最前沿、最具价值的研究领域,从中孕育出的成果寄托着人类对未来美好生活的憧憬,也必将在未来社会生活中产生巨大的影响。

49量子位超导测试芯片交付

正如比尔・盖茨所说,看过这些突破性技术之后,你会觉得 “美好的未来,值得我们为之奋斗”。

权威发布《麻省理工科技评论》2021年“全球十大突破性技术”

图 | 2021 年《麻省理工科技评论》全球十大突破性技术榜单包括:mRNA 疫苗、GPT-3、数据信托、锂金属电池、数字接触追踪、超高精度定位、远程技术、多技能 AI、TikTok 推荐算法、绿色氢能

又一家科技企业接近实现“量子霸权”目标。

以下是榜单详细内容解读:

mRNA 疫苗

英特尔公司今年宣布,已成功设计、制造并交付49量子位超导测试芯片“Tangle Lake”,这一名字源于阿拉斯加湖泊,意指这些量子位需在极冷温度等条件工作,其将使研究人员能评估和改进纠错技术,并模拟一些计算问题。

2018十大国际科技***

来源:英特尔官网

计算界“新秀”——量子计算潜力巨大,当前最好的超级计算机需数月或数年才能解决的问题,比如药物开发、金融建模、气候预报等,未来的量子计算机有望在较短时间内解决。

“量子霸权”被认为是量子技术发展史上的一个奇点。“量子霸权”指量子计算机的计算能力超过传统计算机,实现对于传统计算机的“霸权”。有观点认为,超过50(左右)量子位后,量子计算机的能力将一骑绝尘,令传统计算机望洋兴叹。目前,“量子霸权”已引英特尔、IBM和谷歌等巨头竞折腰。IBM去年底宣布成功研制出一款50量子位处理器原型;谷歌也计划很快推出49量子位产品。

理想很美好,现实却很骨感,目前量子计算仍处于初期阶段,“欲拟飞腾未有因”。业内人士估计,量子计算离解决工程规模问题或许还有5到7年;而要想拥有商业实用价值,可能需要100万甚至更多量子位。

重大意义:mRNA 新冠疫苗有效性约为 95%,此前从未投入临床应用,可能带来医药领域的巨大变革。

主要研究者:BioNTech 公司、绿光生物科技公司、Moderna、Strand Therapeutics 公司

成熟期:现在

在全球,新冠病毒已夺去 200 多万人的生命,mRNA 技术研究人员德鲁・魏斯曼的几位童年好友也因此去世。

“实现霸权”的量子计算机将掀起怎样的“腥风血雨”?且拭目以待。

如今,几种不同类型的新冠疫苗已经上市,美国所注射的新冠疫苗完全依赖于 Moderna 的疫苗、以及 BioNTech 和辉瑞合作开发的疫苗。以上两款疫苗有个共同点:都采用了 mRNA 技术。

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mRNA 疫苗与传统疫苗生效机制完全不同,传统疫苗使用活病毒、死病毒、或者病毒外壳部分物质,以训练人体免疫系统。而 mRNA 疫苗含有基因物质,由脂质体包裹,注射入体内后,肌肉细胞吸收 mRNA 并产生某种病毒蛋白,免疫系统会及时产生抗体和 T 细胞来抵御病毒的入侵。

弯曲空间内首次实现激光束加速

在此之前,虽然针对 mRNA 的研究已有 20 年,但是直到去年,mRNA 才首次用于进入市场的药物。

这是曲面加速光束的第一次演示,操作却很简单,通过向白炽灯泡壳内发射激光得以实现。

美国和以色列物理学家团队今年实现了光束轨迹偏移。此前,科学家已经证实光束可以在平坦表面上被加速,加速度使其沿着弯曲而不是直线的轨迹行进。新研究发现,被加速的光束也并非沿着测地线(又称大地线或短程线,可定义为空间中两点的局域最短或最长路径)移动,而是发生了偏移。

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在平面加速光束的轨迹,完全由光束宽度决定,而新研究表明,曲面加速光束的轨迹,由光束宽度和表面曲率共同决定。

这个看似“莫名奇妙”的实验,其实是突破性的,它拥有各种各样的潜在应用,其中之一就是模拟广义相对论现象,以进一步研究诸如引力透镜效应、爱因斯坦环、引力蓝移或红移等现象。此外,它还能提供了一种新技术,用于控制血管、微通道和其他弯曲环境中的纳米颗粒。

这仅仅是个开始,这个联合团队现在已经开始研究光线在极薄的弯曲膜中传播的可能性。

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石墨烯扭转“角度”可变超导体

根据1957年的超导电性理论,某些材料能够以零电阻导电。然而,许多材料表现出所谓的非常规超导电性,无法用该理论解释。

今年,美国麻省理工学院科学家发现,当两层石墨烯以1.1度的“魔角”扭曲在一起时,可模拟被称为铜酸盐的铜基材料的超导行为。也就是说,研究团队在两层石墨烯中发现了新的电子态,其可以简单实现绝缘体到超导体的转变。

mRNA 疫苗是否真的效果更好呢?答案是大写的 “是”。临床研究证明,Moderna 和 BioNTech 的疫苗有效性都达到约 95%,而阿斯利康的腺病毒疫苗有效性约为 75%。

mRNA 疫苗具备高有效性、以及容易重新构建的特点,更有利于研究人员攻关艾滋病、婴儿呼吸道病毒、疱疹和疟疾这些目前都尚无成功疫苗的疾病。研究人员还认为,在未来,mRNA 技术不仅限于疫苗,还将针对癌症、镰状细胞病、艾滋病等带来低成本的基因修复。

不过,mRNA 若想用于药物治疗,建立切实可行的经济模型,还面临以下几个巨大挑战:如何将足够数量的 mRNA 输送到体内的正确位置?如何降低或避免 mRNA 所带来的副作用?如何包装脆弱的 RNA 分子?

魏斯曼说,他已经研究明白,如何定位纳米颗粒。从而让纳米颗粒进入骨髓,而骨髓不断制造所有的红细胞和免疫细胞。

无论如何,mRNA 疫苗成功投入使用,为 mRNA 技术应用于其他疾病疫苗和药物的研究,开创了一个良好的局面,我们可以期待 mRNA 技术的应用前景。

这种“神奇角度”的石墨烯除了会形成超导态,还会形成另一种电子态。在同时发表的第二篇论文中,团队展示了缠扭的双层石墨烯系统会出现一种新的绝缘态——莫特绝缘体态。

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来源:Tatiana Shepeleva/Shutterstock

权威发布《麻省理工科技评论》2021年“全球十大突破性技术”

GPT-3

两个系统可以通过改变扭转角度和电场来轻易调整。这意味着,该成果将提供一个全新的二维平台,以供科学家们理解曾长期困扰物理学界的高温超导电性的起源问题,并打开了一扇研究非常规超导体的大门,同时也为全新电学性能的开拓和工程化铺平道路。

重大意义:学习自然语言的大型计算机模型,朝着构建可理解人类、并与人类世界互动的 AI 迈出的一大步。

这一发现轰动业界,被称为石墨烯超导的重大进展。更令人惊讶的是,在传说中毙稿率高达90%的《自然》杂志连发两篇论文的第一作者,当时年仅21岁,他就是年轻的中国物理学家曹原。

主要研究者:OpenAI、Google、Facebook

成熟期:现在

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继 DeepMind 的 AlphaGo 和 IBM 的 DeepBlue 之后,GPT-3 成为 AI 领域最能引发公众想象的存在。

“基因剪刀”首次让皮肤细胞变身干细胞

GPT-3 是一种 “大型语言模型”,由旧金山的研究实验室 OpenAI 创建。所谓 “大型语言模型” 指的是一种利用深度学习的算法,通过数千本书和互联网的大量文本进行训练,将单词和短语串在一起。GPT-3 于 2020 年正式发布,能够模仿人类书写文本,逼真程度令人惊异。

在许多人看来,GPT-3 的这一能力,堪称是通往真正的机器智能道路上的里程碑。

2006年,格莱斯顿研究所的山中伸弥,用4种被称为转录因子的关键蛋白处理普通的皮肤细胞,制造出了诱导多能干细胞,标志着未成熟的细胞能够发展成所有类型的细胞。在上述研究基础上,格莱斯顿团队不使用转录因子,而是通过向细胞添加化学品混合物,制造出了诱导多能干细胞。

而在2018年的研究中,格莱斯顿团队提供了制造诱导多能干细胞的第三种方法——使用CRISPR基因调控技术,直接操纵细胞的基因组,将老鼠的皮肤细胞变成了诱导多能干细胞。新方法不仅有助于科学家更方便地获得重要的细胞,也能进一步了解细胞的重编程过程。

能够如此娴熟地运用语言的机器之所以重要,是因为语言对于理解日常世界至关重要,人类就是通过语言来交流、分享思想和描述概念。换句话说,掌握了语言的 AI,可对世界产生更好的理解。

大型语言模型还有很多实际用途。比如,可为开发更好的聊天机器人提供支持,以进行更加流畅的对话;只要给出提示,它们就可以生成关于任何事情的文章和故事;它们还可以总结文本,或回答关于文本的问题;虽然只有获得邀请的人才能使用 GPT-3,但人们已经利用它为数十个应用程序提供了支持,其中不乏从一个产生创业想法的工具,到一个以地下城为背景的 AI 脚本冒险游戏的。

GPT-3 并不是 2020 年出现的唯一一个大型语言模型,微软、谷歌和脸书都推出了其开发的大型语言模型,但 GPT-3 却是迄今为止最好的全能型选手。人们认为 GPT-3 可以写出任何东西:同人小说、哲学辩论、甚至代码。人们甚至就 GPT-3 是否是第一个通用人工智能展开争论。

其实不是。尽管 GPT-3 能产生特别逼真的文本段落,但并没有任何实质性创新。GPT-3 的出现证明了一点,那就是规模为王。在构建 GPT-3 时,OpenAI 使用的方法和算法与构建 GPT-2 的基本相同,区别在于 OpenAI 扩大了神经网络和训练集 ——GPT-3 有 1750 亿个参数,神经网络中的值在训练过程中会不断调整。而 GPT-2 仅有 15 亿个参数,GPT-3 也借此成为有史以来最大的语言模型。

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其实,诱导多能干细胞就像胚胎干细胞一样具备分化成多种细胞的潜力,可用于修复受损的组织和器官。而“基因剪刀”则能精确查找一串代码在基因组中的位置,进行删除或修改。

现在的新方法与之前的截然不同,可帮助人类更简单快捷地制造出诱导多能干细胞,未来也能将皮肤细胞直接重编程为心脏细胞或脑细胞等,它为治疗多种疾病提供了巨大助力。

但有科研人员指出,GPT-3 虽称得上是 AI 中的翘楚,但同时也集合了一些糟糕的问题,比如 GPT-3 耗电巨大,会加剧气候变化;GPT-3 会吸收网上的许多不实信息和偏见,并能按需复制;GPT-3 为机器生成的文本披上人性外衣,能够轻易获取人们的信任 —— 数月前,有人在 Reddit 上发布了一款由 GPT-3 支持的网络机器人,该机器人在几天内发布了数百条评论,并与数十名用户进行互动,直到最后才被发现并非真人。

对于相信 “越大越好”(bigger is better)理念的人而言,GPT-3 的出现是一个不小的胜利。这些模型表明,我们可以期待计算能力和数据将在未来走得更远。GPT-4 会是什么样子的?我们可以预期,聊天机器人将能够掌握更广泛的会话主题,与人的交流变得更加流畅,更善于将更长的连贯文本串在一起……

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权威发布《麻省理工科技评论》2021年“全球十大突破性技术”

数据信托

重大意义:面对个人数据被滥用这一情况,数据信托可以帮助更好地管理数据。

科学家首次精确定位“幽灵粒子”起源

主要研究者:Google Sidewalk Labs

2017年9月,来自太空的一个高能中微子横穿南极洲“冰立方”中微子天文台,一石激起千层浪,科学家争相为其追本溯源。今年7月,数十个科研团队在《自然》、《科学》杂志撰文称,这个“落入凡间的精灵”可能源自一个距地球约37.8亿光年的耀变体(Blazar)。耀变体是由星系中央的巨大黑洞吸积大量物质而产生的剧烈天文现象。

成熟期:2-3 年

数据时代,在人们生活更加方便的同时,隐私和安全问题日益突显。那么,是否有一个组织可以像工会维护劳工权利一样来维护人们的数据权利?并且,能够像医生一样,根据个人的数据管理帮助人们做出明智的决策?

或许,数据信托是一种可行性方案。

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“冰立方”找到耀变体发射超高能中微子证据

科学家称,产生中微子的耀变体可帮助解决天文学的一个百年谜团:不时拜访地球的宇宙射线从何而来?

在法律中,信托是指基于对受托人的信任,委托人从其自身利益出发,将资产交给受托人管理的行为。而在数据信托中,受托人将管理一群人的数据或数据权利。这就像医生有责任依据病人的利益行事一样,数据受托人管理委托人的数据或数据权利,也对其利益负责。理论上,数据信托允许用户行使其作为数据生产者的权利。

此前,谷歌的姊妹公司 “人行道实验室” 建议创立一个公民数据信托 —— 希望在其智能社区 Quayside 入驻的公司必须申请收集和使用数据的许可证,并由社区成员组成的审查委员会对数据收集和使用进行监督,以保证这些数据能为用户产生价值。

虽然,“人行道实验室” 在 2020 年 5 月放弃了 Quayside 项目,但其数据信托的提议为数据管理提供了思路:对于智能城市、公共卫生计划等更多公共事务收集到的数据,可以创建数据信托并对其进行管理。

对于数据引发的隐私、安全性等问题,数据信托不是唯一的解决办法,但能够控制数据、让数据共享造福人类的数据治理是十分必要的。

权威发布《麻省理工科技评论》2021年“全球十大突破性技术”

锂金属电池

宇宙射线是由宇宙中的“爆发事件”抛射出的带电粒子(主要是质子),是自然界中能量最高的粒子。100多年来,科学家一直希望为其找到源头,但通过对其行进路径进行反向追踪不可能做到,因为在抵达地球前,其飞行路径已被地球磁场严重扭转,所谓“山无数,乱红如雨。不记来时路。”

重大意义:锂金属电池能量密度高、充电速度快,而且安全可靠,使电动汽车像汽油汽车一样方便和便宜。

但无论宇宙射线起源何处,有“幽灵粒子”之称的高能中微子都很可能与其“相依相伴”。中微子几乎没有质量,并可以保持稳定不变,这使其成为研究宇宙射线的极佳“信使”,“中微子给科学家指出了一条穿越迷雾的路”。不过,关键是要在它们抵达地球时捕捉到它们。

主要研究者:QuantumScape 公司、卡耐基梅隆大学、橡树岭国家实验室

成熟期:5 年

制约电动汽车产业发展的一大难题就是电池技术。

主要科学目标是借助中微子寻找高能宇宙射线起源的“冰立方”天文台此次立下大功。如果结果正确,那么,这个耀变体可能是宇宙射线首个“验明正身”的来源。

目前,电动汽车普遍使用的是锂离子电池,这种电池昂贵、笨重、能量密度低,并且其所依赖的液体电解质在碰撞时极易起火。电池的一系列缺点体现在电动汽车上就是:价格高、续航低、充电慢,而且还存在安全隐患,这些正是让众多车主对电动汽车望而却步的原因。

显然,要使电动汽车比汽油汽车更具竞争力,就需要一种突破性电池来弥补这些缺陷。

硅谷初创公司 QuantumScape 声称已经开发出全新的锂金属电池,其采用固体电解质(陶瓷)克服了传统锂离子电池存在的这些缺陷。

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在传统的锂离子电池中,阳极主要由石墨制成,可以很容易地吸收和释放带电的锂离子,这些锂离子通过电解质在阳极和阴极之间来回穿梭,这些带电粒子流产生电流,电流从电池中流出,为任何需要供电的地方供电。

而在锂金属电池中,阳极本身是由锂制成的,这意味着电池阳极上几乎每一个原子都可以用来产生电流。从理论上讲,锂金属阳极可以比同等重量和体积的石墨多存储 50% 的能量。

火星极地冰盖下存在液态水体

“没有水,就没有生命。”至少在目前,当人们寻找地外生命时,这仍是圭臬。

这种锂金属电池拥有较大的能量密度和极快的充电速度,而且更加安全稳定。一旦普及,将彻底改写当今电动汽车产业格局,让电动汽车的成本降低、续航增加,届时充电将会变得像在加油站加油一样快捷方便。当然,这种电池也可用于其他形式的运输,比如长途卡车货运,甚至是短途航班。

QuantumScape 公司还展示了一款还处于实验室阶段的单层电池,可在 15 分钟内充电至 80% 以上的电量,续航里程达数十万英里,而且在冰点温度下也能正常工作。该公司表示,这种电池将使电动汽车的行驶里程提高 80% 以上,现在一次充电可以行驶 250 英里的汽车,使用这种电池后可以行驶 450 英里。

2015年,火星勘测轨道飞行器告诉我们,红色星球的沟壑,很可能是高浓度咸水流经所产生的,这是火星存在流动液态水“迄今最强有力证据”。但还不是实证。

直到今年,意大利科学家报告在火星上首度发现了一个地下盐水湖,这座湖位于火星南极冰盖之下,直径约20千米。研究人员称,这是火星首次发现持久水体存在的痕迹,解决了关于火星上是否存在液态水的旷日持久的争论。

迄今为止,QuantumScape 公司发表的所有测试都是在电池组上进行的。为了在汽车上工作,该公司还将需要生产几十层电池,而且还必须找到一种方法,以足够低的成本大规模量产电池,从而与占据主导地位几十年的锂离子电池技术相竞争。

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数字接触追踪

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这处水体的发现,不仅仅是增加了人们对火星上存在生命的期待。

从长远角度来看,火星虽然温度不太好、大气不太足,但也不会像一些奇葩的星球那样完全不可改造,且火星与我们距离适当,表面积也与地球的陆地面积相当,当人类考虑到移民外星球,火星经常是第一选择。现在,液态水的发现使这种情况变得更加可能。

重大意义:在不获取个人位置信息的情况下,手机使用者可获知自己是否与新冠病毒感染者接触。

主要研究者:苹果、谷歌等

从近处来说,这对科学家利用冰盖解读火星气候变化历史十分关键,是未来数年天体生物学研究的科学目标,同时,它也将是本世纪人类登陆火星前,基地建设的最重要资源。

07

成熟期:现在

2020 年全球都在经历的新冠疫情让 “数字接触追踪” 引起人们的关注。

反氢内基准能量跃迁首次实现

物理学中最大的谜团之一就是:反物质去哪儿了?

物理定律表明,宇宙大爆炸产生的巨大能量应该创造了等量物质和反物质。等量物质和反物质相遇,就会“同归于尽”,但大爆炸之后到现在,宇宙仍充满由物质组成的各种天体。既然物质还在,那反物质去哪儿了?

氢原子最简单,所以反物质研究由反氢原子开始。

新冠疫情之下,科技为公共卫生调查人员追溯感染者的行踪提供新思路 —— 数字接触追踪。使用该技术,卫生调查人员不再需要依靠病人的记忆对其行踪进行追踪,这减轻了对疾病监控的压力。

100多年前,科学家首次在氢原子内观察到其最基本、最重要的跃迁——莱曼-α(Lyman-alpha)跃迁,即当氢原子的一个电子从低轨道转移到高轨道时,会发出一系列紫外线辐射。

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钛蓝宝石激光系统。来源:University of British Columbia

8月22日,加拿大和欧洲核子研究中心(CERN)的物理学家在《自然》杂志撰文称,他们首次在反氢原子内实现并观察到了莱曼-α跃迁,向冷却和操纵反氢原子迈近了一步,有望开辟反物质科学的新时代。

这一技术对应到实际应用被称为 “曝光通知”(Exposure Notification)。对于该数字接触追踪系统,程序员在几周内完成了建立和运行,并将代码开源共享,以保证全球各地的、苹果和安卓的用户都可以使用这一功能。

操控反氢原子有何意义?从理论上来说,500克反物质产生的破坏比世界上最大的氢弹威力都要大,虽然科学家已能制造并抓获反物质,但其存在时间太短,且代价太过昂贵。反物质如能操控,将能成为人类用之不竭的新能源!

具体而言,“曝光通知” 不会追踪用户的位置,而是使用蓝牙来匿名连接附近运行同一应用程序的手机设备,从而保证健康数据的匿名性和隐私性。截至 2021 年 1 月,《麻省理工科技评论》了解到的全球各地政府使用的 “曝光通知” 应用共有 77 个。

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科学家创造出了一种全新的光物质形式

然而,由于一些公司和用户缺乏对该应用认识和信任、用户信息不明确、感染者可能没有使用该应用等因素的限制下,“曝光通知” 在新冠疫情中似乎并未起到实质性作用。

但可以确定的是,越多的人使用 “曝光通知”,它达到的效果就会越好。而此次全球范围内的大规模 “实验” 也表明,一项技术要在实际场景中的应用,建立信任、增加获取渠道以及思考技术在复杂环境中的使用是更加重要的。

光学行为能“弯曲”物理规则吗?

光子作为一个几乎没有质量的基本粒子,是一种"超然"的存在——如果你把两束激光相对,光子只会连个招呼都不打,互相穿过。但在2013年,麻省理工学院和哈佛大学的联合团队,让光子相互作用产生一种物质形式,人们不知道它是什么,都说这就像一个真实版的"光剑"——光束之间会彼此推拉产生对抗。

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超高精度定位

2018年,仍然是这组团队在《科学》上发表论文,宣布他们实现了三个光子构成的组之间相互作用,即粘在一起形成了此前未被观察过的一种全新光子物质。

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研究人员发现,利用弱激光照射,它们不是作为单个、随机分离的光子通过致密的超冷铷原子云,而是成对或者三个光子结合在一起——这表明在光子之间发生了相互作用。结合后的光子,实际上得到了电子质量的一部分,这些有质量的光粒子传播速度变慢,比没有相互作用的常规光子速度慢10万倍。

重大意义:当定位技术精确到毫米级或更高水平,将开创全新的产业。

这个团队的“主业”,其实是量子计算机的研究。他们的实验结果告诉人们,光子确实可以相互吸引或者彼此缠绕的。并且,如果它们可以其他方式相互作用,那么未来一定会被用于超快的量子计算以及由光组成的复杂晶体中。

主要研究者:中国科学院空天信息创新研究院、ColdQuanta

成熟期:现在

09

全球卫星定位系统的精度正在从 “米” 提高到 “厘米” 级别,这将为自动驾驶汽车、送货机器人等在街道上安全行驶提供更大支撑。

2020 年正式开通的北斗三号全球卫星导航系统可实时捕获地面上几米的位置变化,甚至其处理精度能够达到毫米级。该系统已用于检测中国各地山体滑坡易发地区地表的细微变化,并于当年预测到中国湖南省将遭遇数十年来最严重的山体滑坡,使村民得以提前撤离。中国科学院航天信息研究所专家表示,如果卫星定位精度仍然在米或分米的水平,对此,这是不可能实现的。

其实,北斗和全球卫星定位系统(GPS)精度的进一步提升都需要通过地面设施来提高定位精度。在目前广泛使用的方法中,一种是实时动态(Real Time Kinematic,RTK)定位,精度可达 3cm 以下;另一种是精确点定位(Precise Point Positioning,PPP),也可以达到厘米级别的精度。此外,中国科学院航天信息研究所专家表示:“我们正在开发 PPP-RTK 技术,结合二者的优势,有望在几年后投入使用。”

除卫星系统之外,量子技术也被应用于定位和导航。

专家认为,当原子冷却到接近绝对零度时,会达到一种对外力特别敏感的量子态。如果已知一个物体的初始位置,并能测量原子的变化,就能据此找到物体的实时位置。目前,量子技术公司 ColdQuanta 开发的量子定位系统早期版本已经在国际空间站上运行。

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远程技术

探测器首次造访“贝努”并发现水踪迹

重大意义:2020 年疫情期间,医疗保健和教育这两项重要服务中发生的变化,对人们的整体福祉和生活质量产生了巨大影响。但最重要的改变其实不是技术本身而是我们的行为,因为远程会议和远程医疗早已存在。

主要研究者:中国香港在线辅导公司 Snapask、作业帮、印度 Byju’s

成熟期:现在

2020 年四月,全球疫情进入高峰期,170 余个国家的学校关闭,受到影响的学生规模高达 16 亿。全球大部分地区的传统学校转为线上教学模式,亚洲也不例外,例如中国香港在线辅导公司 Snapask 的用户需求激增。

目前,Snapask 在亚洲 9 个国家拥有超过 350 万名用户,较疫情之前翻了一番。于 2015 年创立 Snapask 的 Timothy Yu 表示,“之前我们需要五年才能达到的用户数量,由于疫情的原因只用了一年就实现了。”

我是谁?从哪里来?要到哪里去?人类所有的追寻,都只不过是回答这三大“天问”的尝试。

新冠疫情提高了在线辅导服务的知名度,在线辅导迅速成为许多学生生活中与课业同样重要的一部分。

英国普利茅斯大学专门研究远程教学的访问教授史蒂夫・惠勒表示,这次新冠肺炎引发的在线辅导热潮,可为我们提供一个重要启示,就是应鼓励教师以不同的方式进行思考与教学。如果学校系统能够接受在线教学的有效方法 —— 采用新媒体并相应地调整内容 —— 那将是 “乌云中的一线光明”。

早在十余年前,戴维斯・穆欣古奇就提出一个伟大的想法:让乌干达人发送短信至一个免费电话号码,然后会有医生给他们回电话提供咨询。在许多人看来,这个想法似乎很大胆,但当时在乌干达首都坎帕拉读医科的穆欣古奇却坚信这是可行的。

我从哪里来?也即生命如何起源的?传说约45亿年前,太阳系刚刚形成,地球还是一颗充满熔岩的星球,恍如地狱。突然,一颗不知乡关何处的小行星“误入藕花深处”,闯入太阳系,与地球进行了一次猛烈的撞击。这次撞击引发的“蝴蝶效应”可能带来了有机物和水,为地球提供了孕育生命的关键条件。

小行星是约45亿年前太阳系形成时遗留下来的碎片。有科学家认为,对小行星样本进行原子级分析有望为上述假说提供重要证据。于是,2016年,美国国家航空航天局(NASA)肩负重要使命的“源光谱释义资源安全风化层辨认探测器”(OSIRIS-Rex)朝小行星“贝努”(Bennu)整装出发了。

12月10日,NASA兴奋地宣布,OSIRIS-Rex发现小行星的岩石外表下暗藏着由氢分子和氧分子(水的组成部分)组成的羟基的踪迹,这使直径500米的“贝努”具有孕育生命的潜力,或许也蕴藏着关于地球生命起源的线索。

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2023年,探测器会将这些物质的样本送回地球,届时,科学家将获得与太阳系历史和演化有关的宝贵资料,帮助人类进一步认识地球的过往与未来、更好地洞悉生命的起源。

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嫦娥四号探访月背

12月8日2时23分,中国的嫦娥四号乘坐长征三号乙运载火箭成功发射升空,将于明年1月进行月球背面软着陆和巡视勘察。如果成功,它将实现人类历史上首次在月球背面投放着陆器和月球车;同时也将实现国际首次地月拉格朗日L2点的测控和中继通信。

2012 年,他与人共同创立了医疗礼宾服务集团(Medical Concierge Group),现在他坦言,那时创立公司 “还是太早了”,因为那时的乌干达只有不到一半的人拥有手机。

在此后几年里,他们的业务不断扩展,逐渐涵盖视频和 WhatsApp 信息,以及一个骑摩托车的医疗保健人员团队,他们会到患者家中进行血液测试并提供药物。该集团后来还开拓到肯尼亚和尼日利亚地区。2020 年疫情爆发时,从 3 月到 11 月,该集团的用户数量飙升了 10 倍。

疫情把全世界的医院都逼到了崩溃的边缘,为避免感染人们尽量不去医院,而是转向远程医疗。根据麦肯锡数据显示,短短一年时间,美国使用该服务的人数比例就从 2019 年的 11% 飙升至 46%。

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嫦娥四号中继星“鹊桥”搭乘长征四号丙运载火箭升空瞬间(赵聪 摄)

谁不曾仰望苍穹星海,渴望穷尽宇宙的奥秘?月球这颗陪伴了地球40多亿年的邻居,自古以来就寄托了国人团圆和满之愿景,国人也因此对它多了一份感性。

“新冠肺炎让人们意识到,现在在家里就可以享受到各式服务,无论是购物还是医疗保健。我认为在后疫情时代,依然会伴随我们左右的一件事就是 —— 我们的生活将以家为中心。” 穆欣古奇说道。

但正如东汉王充在《论衡》中指出的:“涛之起也,随月升衰”。由于引力的潮汐锁定效应,月球只有一面朝着地球,从未有人见过月球背面,这给其蒙上了一层神秘面纱。且因为月球本身的阻隔,任何飞行器到达月球背面区域后会失去通信能力。

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面对如此神秘的月之背,中国在今年5月成功发射了“鹊桥”中继卫星,为嫦娥四号探测器与地面测控站之间搭建了一座传输信号与数据的桥梁。

嫦娥四号此次背负着勘探艾特肯盆地——冯·卡门陨石坑的重要使命,该陨石坑被认为是月球最古老的撞击特征。而此次前所未有的太空探秘旅程,将为人类了解月球、地球、太阳系的演化提供第一手数据和线索。

它也为太空探索注入了新的激情与活力。欧洲航天局(ESA)相关人员称,嫦娥四号着陆器和月球车预计会对月球的组成和历史产生新的认知,将是解开月球奥秘的一个里程碑。”《科学》杂志称嫦娥系列任务“雄心勃勃”,是伟大的先锋工程。

来源:科技日报

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编辑:田小兰

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