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从超级计算机到量子通信:中国正在重回科技创新之巅

[日期:2016-12-12] 来源:机器之心  作者: [字体: ]

  中国正在量子通信和人工智能等科技新项目上投入巨资,希望摆脱其山寨大国的名号,同时减少对外国技术的依赖。

  中国的四大发明——造纸、印刷、火药和指南针——都是在一千年以前发展起来的。现在,中国的高层希望让这个时代见证中国的第五大发明。这一世界第二大经济体在技术创新方面远远落后于西方国家。即使是在二十多年的爆发式经济增长以后,中国的形象仍然是一个快速的追随者,而不是领导者,中国人被认为更喜欢复制外国的新创意,而不是自己发明。

  这种态势正在发生着改变,中国正在投入巨资进行新科技的研发——如量子通信——而西方国家的研究人员对此缺乏研究经费。中国正在吸引着顶尖科学家投入一个又一个诱人的新项目。

  现在的中国就像二战结束后的美国一样,被一种非同寻常的国家使命感驱动着,试图摆脱对于外界势力的所有依赖。

  现在我们还无法知晓这样的努力能否成功,怀疑者认为,这面临着无法逾越的障碍,强调机械记忆的教育方式和薄弱的专利保护制度减少了发明者应得的奖励。

  即便如此,中国的研究者们已经在人工智能,无人机和其他互联网技术上取得了不少进展。今年 8 月,中国发射了世界第一颗量子通信卫星,这个国家已经处在了加密通信研究的领先地位。

  中国的超级计算机牢牢占据着世界前两名的位置

  

 

  来源:top500.org(November 2016)

  中国的超级计算机在世界名列前茅,神威·太湖之光的运算速度大约是排名其后的美国竞争者的五倍,这使得中国在人工智能和其他尖端领域的研究中具有无可比拟的优势。

  中国现在拥有世界上最快的商用高速列车——上海磁悬浮。同时中国公司也在与美国同行们在无人驾驶汽车上展开竞争。这个国家的航天机构正计划在 2020 年派航天员登陆火星,试图赶超 NASA,另外,它已经开始准备在月球的黑暗一面进行登陆。

  尽管这些计划的很大一部分采用了西方技术,但乐观主义者认为他们会在这之上获得巨大成功——就像美国的星球大战计划一样产生无数新的科技成果。至少,中国的雄心意味着地球上除美国以外至少有另一个国家还在积极探索着科技的未知领域,而新的竞争关系会推动着科技创新,从而让全球经济不断向前发展。

  「西方的决策者们一直倾向于认为中国没有创新文化,所以无论他们投入多少钱,我们仍然占据优势,」Nature 中国执行主编 Ed Gerstner 说道。「这有点妄自尊大了。」

  

 

  8 月份于深圳举行的「数制工坊」会议展示的一些发明

  中国在创新方面的努力正受到全世界科学界的普遍欢迎,但却加剧了其与华盛顿和美国企业界的摩擦,美国的领导层认为中国的这一趋势会动摇美国在科技的领先地位,是一种新时代的经济民族主义。

  中国不断创新的步伐的确在加剧着竞争,这也加速了科学的发展。奥巴马总统去年发布了一项政策,鼓励美国重新占领超级计算机世界第一的位置。而欧盟在今年 4 月份宣布了一项 10 亿欧元的拨款,用于量子技术的研发。

  目前中国主要的创新方向有限。主要的几个方向——如量子科学和互联网金融——都具有重要的经济或军事的意义。量子科学中,物理微粒的性质不遵循正常的规律,可能会同时存在多个状态,量子技术可应用于通信和新型计算机等领域。在西方面临伦理压力的一些科研领域,如克隆体,在中国的法规却相对宽松,随时可能会出现突破性进展。有专家表示,中国近期的一系列科研进展已经为国内各家公司节约运营成本,提高运行效率做出了贡献。

  中国的一些进步显然有些夸大。中国在世界知识产权组织专利合作条约下的全球专利申请份额去年已增长到 13.7%,位列美国和日本之后排名第三,专利申请量为 29,846 件,而十年前这个份额仅为 1.8%。

  专家认为,这其中的很多专利都是无用的,通常是用于防止模仿设计的专利。在数据库中你会发现,几乎每家中国智能手机制造商都有一个相似的圆角矩形外观专利。在一个案例中,一家江苏的公司获得了一个「地毯」专利,随后被法院宣布无效,因为它与另一家企业世代相传的设计雷同。

  中国政府正在补贴申请专利成功的发明者,这种政策招致批评者的不满。

  「我们每获得 100 万元人民币政府资助,就必须发表一个专利,」天津华海清科的 CEO 路新春说道。

  中国在科技研发的资金投入虽然不断增长,但相比发达国家仍然处在落后位置。然而,根据经济合作与发展组织(OECD)的数据,中国在科研的投入在 2009 年已超过日本,在 2013 年超过了欧盟,预计会在 2020 年超过美国。中国对于基础科学的国家资金投入从 2005 年的 19 亿美元跃增到 2015 年的 101 亿美元,而同一年中美国政府对于这一方面的资金投入却有所下降,为 324 亿美元。

  中国的科研经费投入比例正在赶超美国

  

 

  来源:OECD

  「如果哪个领域存在一个明确的方向,需要资金和大型研究团队,中国可以在这方面迅速占领先机,」斯坦福大学教授,美国文理科学院院士,中国科学院外籍院士张首晟说道。

  根据美国国家科学基金会统计,在 2012 年,中国的大学毕业生人数为 964,583 人,同年美国的毕业生数量为 589,330 人。

  「你需要多少人来完成创新?你需要一个由史蒂夫·乔布斯组成的国家吗?不,你只需要一个乔布斯,」位于北京的咨询公司 Alliance Development Group 负责人 Chris DeAngelis 说道。「而中国有五倍于美国的人口,这就够了。」

  「我国的核心技术命脉正被国外掌控着,」习近平主席在今年 3 月份的讲话中提到。「在我国发展新的历史起点上,要把科技创新摆在更加重要位置,吹响建设世界科技强国的号角。」

  21 世纪以来,中国出台了一系列的计划,比如 2008 年发起的「千人计划」,用百万人民币吸引世界一流的研究人员,以及加上更多的津贴和竞争补偿。该项目首先吸引了海外的华人研究员返回中国,后来又开始吸引国外学者。官方表示该项目已经吸引了超过 4000 名研究人员。

  加拿大 University of Calgary 的量子物理学家 Barry Sanders 说,因为「千人计划」的资助,他在中科大建立了第二个实验室。他说:「我们将公布我们所有的研究结果,所以在哪里做研究并不是很重要。」

  中国对科学家另一个吸引力在于:政府部门经常鼓励学者将学术成果应用到私营企业中,用他们的研究结果开创他们的公司。

  中国的雄心反映在像量子卫星领先研究员潘建伟那样的人身上。量子通信涉及的现象远远超出了我们对于宇宙的传统理解,爱因斯坦称它为「幽灵般」的现象。因为它假定现存的粒子可以瞬间将信息「传输」到另一个纠缠的粒子,并且这种纠缠似乎是超越时空的。

  在 2014 年,潘建伟团队做了两个无穷小量子比特信息消失实验,它们然后重新出现在其他地方,这是个原始版本的星际迷航式传送,也是迄今为止世界上最先进的实验。实验结果已发表在 Nature 中,该研究还有其他应用方向,例如制造无法破解的信息代码和超强的量子计算机。

  这一切对于潘建伟来说曾经是遥不可及的一件事,他曾经看着中国研究条件说,他别无选择,只能接受在维也纳大学的奖学金去海外求学,进行研究。由于语言不通,在他到达维也纳的第一天,他找到他的房东——而不是大学研究生办公室要自己津贴。潘建伟说:「当时我无法忍受这边的食物,但我发现如果把萨拉米香肠浸泡在乌龙茶里还是挺不错的。」

  

 

  潘建伟,中科院院士,2008 年入选中组部首批「千人计划」,长期在中国科学技术大学从事量子光学、量子信息和量子力学基础问题检验等方面的研究

  他埋头于量子通信应用领域的研究。中国物理学落后了这么多,以至于潘建伟之前都不知道这个领域的存在,他还记得当他自豪地概述了这个想法时,维也纳的同事都处于尴尬的寂静中。因为潘建伟认为他发明了这个想法,不过他的同事们已经在做这件事了。

  潘建伟在欧洲呆了十年,它在该领域的先驱 Anton Zeilinger 的带领下工作。

  潘建伟说:「我想,首先你应该尽力做好学术。当然,如果以后你可以回到祖国继续你的研究,这就是很理想的情况了」。

  这一机会是在千人计划推出后,潘建伟被母校中国科学技术大学招募。他说他的实验室配备了世界一流的设备。

  Nature 编辑 Gerstner 说:「潘建伟的愿景是真正去挑战极限,他手握无限的预算。这将是一个非常有效的组合。」

  

 

  中国科学技术大学在上海的量子通信研究设备。图片:Eric Michael Johnson

  潘建伟的奥地利导师是 Zeilinger,他早在 2004 年就设想着将量子卫星送入太空,不过他还是无法获得资金。虽然目前还不知道中国卫星在外空间测试加密通信的效果如何,但是中国肯定会更快地到达实用阶段。Zeilinger 说:「中国有一个优势:他们可以比全世界其他任何国家能更快地做出决定,」他现在正与他的学生们与中国合作,进行卫星测试工作。

  美国的大量量子通信研究是在军事项目下完成的。研究人员说,美国军队有可能存在更先进的量子技术,只不过它还没有被公开。美国国家情报局发言人也拒绝讨论政府的量子研究。

  中国的科技初创企业也正在吸引全球的目光,虽然没有产生重大的科技突破,但这些企业正在吸引越来越多的资金和人才,包括如王孟秋等人。王孟秋在斯坦福大学和卡内基梅隆学习人工智能,并有多年帮助 Twitter 开发用户算法的经验。

  当王孟秋决定设计制造一个比现有模型更加高效的无人机时,因为低成本和「巨额」财政支持,所以在中国进行研发成为了一个「明智的选择」。王孟秋透露,他在北京的创业公司 Zero Zero Robotics 去年从杭州获得了 100 万美元融资,另外还有总计 4.3 万平方英尺的办公与员工公寓场所。王孟秋表示在公司成立的前 15 个月,30 人团队的花销只用了 70 万美金,这在硅谷是「不可能的」。他表示,在这里比在美国招聘熟练工程师更容易,虽然中国的工程师有时会比美国同行缺乏一点想象力。Zero Zero 最近推出了 Hover Camera 无人机,与市面上流行的其它无人机不同,它通过围绕螺旋桨的轻质碳框架来达到悬空拍摄的能力。

  

 

  潘建伟教授在量子传输实验室中。图片:Eric Michael Johnson

  中国正在探索科技的未知领域,有很多方面从未被人类涉足,潘建伟教授的研究目标超越了这个世界的认知能力,他正试图解释为什么量子可以无视时空和物理规律。

 

  「这是一个全新领域」他说道。「也许我们会有一些新发现。」

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