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学术 ACADEMIC

2018 年5月31 日 星期四 Tel: (010)

62580617 主编: 赵路 编辑: 闫洁 校对: 何工劳 E-mail押lzhao@stimes.

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3 本报记者 丁佳 当国人还沉浸在中国 '

天眼'

问世的自豪之中时,全球的射电 天文学家已经着手建造下一代超 级射电天文望远镜了. 在5月29 日举办的中国科学 院学部学术年会上, 中科院院士、 中科院国家天文台研究员武向平 上来就给大家泼了一盆 冷水 . 作为国际大科学工程 平方 公里阵列射电望远镜 (SKA) 的中 国首席科学家, 武向平认为, 这个 超级大机器带给中国的机遇不容 错过. 没有最大, 只有更大 作为最古老和神秘的一门自 然科学,天文学的研究让无数人 着迷不已.仰望星空, 离不开遥望 宇宙深处的望远镜.而当今世界, 天文大设备已经成为一个国家综 合实力的体现和重要标志.

2016 年9月,有着中国 天眼 之称的

500 米口径球面射电望 远镜 (FAST) 落成, 不仅成就了中 国射电天文设备未来

10 年的国 际霸主地位,也为中国射电天文 学家创造了探索宇宙奥秘、取得 原创性发现的绝佳机遇.目前, FAST 先后发现了

50 多颗脉冲星 候选者,取得了中国在该领域 零 的突破, 具有重要的里程碑 意义. 然而,天文学家的雄心就像 宇宙一样深远.国际学界已经试 图谋划并建造下一代的超级射电 望远镜,以克服单口径射电望远 镜的缺陷和不足,并获得更高的 灵敏度、 更大的视场、 更高效的巡 天能力等. 在众多方案中,由全球十多 个国家的科学技术人员共同参与 和协作建造、共同运行和管理的 SKA 被寄予厚望. 武向平说: SKA 是人类有史 以来建造的最庞大的天文设备, 也是超越国界的全球大科学装 置,将开辟人类认识宇宙的又一 新纪元. 作为下一代射电望远镜, SKA 将以千公里的基线获得极高的空 间分辨率,以纳秒级的采样获得 精细的时间结构,并将产生超越 目前全球互联网总量的大数据. SKA 以追求突破性科学发现为 目标和动力,有望揭示宇宙中诞 生的第一代天体,重现宇宙从黑 暗走向光明的历史进程. SKA 为何需要中国 SKA 集传统射电天文干涉技术和现代相控雷达技术 于一体,体现了诸多当代科学技术的最新和最高成就, 被 认为将推动全球制造、 通信、 计算、 能源等一系列产业迅速 发展. SKA 将分别在澳大利亚和南非 / 非洲八国的两个台 址分阶段进行建设, 第一阶段建设约 10%的体量, 计划在

2019 年开工, 历时

5 年;

第二阶段建设其余的部分, 预计 在2030 年完成全部建设.根据这一望远镜阵列的设计规 划, 武向平推测, 即使只完成第一阶段的目标, SKA 的综 合性能也将远超 FAST. 在他看来, SKA 建设和运行时间表与

2035 年跻身创 新型国家前列 和

2050 年建成世界科技创新强国 的国 家战略高度契合. 中国参与 SKA 也是中国 构建人类命运 共同体 的具体科技实践, 是中国展现大国风范、 承担大国 责任的体现. 国际 SKA 大家庭需要中国的加入和支持, 甚至成为 未来的主导和引领. 武向平说. 譬如, 中国的制造业将为 SKA 奠定坚实的工业基础. 武向平觉得,只有中国的工业能够支撑和保障 SKA 未来 近3000 面反射面天线制造和安装的质量和速度,中国新 型的信息、 通信和计算机工业也将全方位参与项目建设和 运行, 再次展现 中国制造 的魅力. 中国为何需要 SKA SKA 的稳步崛起,给中国创造了在基础科学和高科 技产业领域走向国际舞台、 瞄准世界科技前沿、 实现战略 性基础研究、 引领原创成果重大突破的机遇. 换言之, 中国参与 SKA 的最大动力和终极目标, 无疑 是获得丰硕的科学回报. 作为中国迄今为止参与的第二大国际合作大科学工 程, 中国经过广泛征询、 充分论证和顶层设计, 确立了参与 SKA 的科学目标. 比如, 中国科学家团队将继承从事低频射电探索 宇 宙第一缕曙光 的十年经验, 直接 抓捕 宇宙第一代天体 诞生和再电离的身影, 再现宇宙的黎明;

还将积极参与脉 冲星的搜寻,长期参与并逐步主导脉冲星阵列相关工作, 以期成为发现超大质量黑洞及其并合过程引力波辐射的 主要贡献者. 此外,中国的科学团队还计划建设区域数据中心, 并 使之逐步过渡到 SKA 亚太科学和数据中心以及未来的国 际SKA 科学和数据中心. 这样中国科学家不出国门, 就 能便捷使用数据产出科学成果, 也将吸引国际伙伴来中国 进行科学研究和交流. 武向平说. 当然, 作为国际天文学界史无前例的革命性大科学装 置, 该项目在设计、 建设、 技术、 科学、 运行和管理方面都存 在着风险和挑战. 但这一汇集了人类在天文学、 无线电、 信息、 通信、 计算机、 机械制造等领域最新科技成果的宏伟计 划,在很大概率上也将主导未来

50 年射电天文学的发展 命脉. 正如武向平所说: 参与 SKA 将是中国天文学发展的 里程碑, 也是中国科技发展长远的全球布局.经过充分准 备的中国团队应当肩负起这个时代重任, 在探索神秘的宇 宙中创造奇迹. 中国科学院院士谭铁牛: 人工智能的春天刚刚开始

本报记者 王之康 自 人工智能 (AI) 于1956 年被首次提出 以来,虽然几经高潮与低谷,但在至今的

60 多年里, 其发展不曾中断. 如今, AlphaGo 在围棋比赛中战胜人类冠 军李世石和柯洁早已成为人工智能史上的标 志性事件,无人驾驶汽车获发测试牌照即将 上路同样引发广泛关注.那么, 这是否说明人 工智能已经发展到了一个很高的程度? 对此,中国科学院院士谭铁牛在

5 月29 日的学部第六届学术年会上表示,人工智能 的春天刚刚开始.而上述成绩的取得, 可以说 是从

2010 年之后人工智能获得蓬勃发展才开 始的. 近十年来蓬勃发展 近十年来, 随着大数据、 云计算、 互联 网、 物联网等信息技术的发展, 人工智能技术 成功跨越科学与应用之间的'

技术鸿沟'

, 突 破了从 '

不能用、 不好用'

到 '

可以用'

的技术 拐点, 进入了爆发式增长的红利期. 谭铁牛 说,如今人工智能已成为推动新一轮科技和 产业革命的驱动力,并由此日益得到国家政 府部门、 产业界和学术界的高度关注. 近年来, 深度学习、 强化学习、 对抗学习等 统计机器学习理论在计算机视觉、 语音识别、 自 然语言理解、 人机博弈等方向取得显著成果. 例如, 通过深度神经网络的应用创新, 国际计算机 视觉竞赛 ImageNet 图像分类的 Top5 误差率从

2012 年的 16%降到

2017 年的 3%左右. 在谭铁牛看来,统计学习也正式成为人 工智能走向实用的理论基础. 当前,在全球范围内,人工智能技术生态 (包括数据平台、 开源算法、 计算芯片等) 建设备 受重视, Google、 IBM 等全球科技巨头积极推动 自主研发人工智能技术的生态建设.人工智能 创新创业也发展得如火如荼.全球知名创投研 究机构 CB Insights 报告显示,

2017 年全球新成 立人工智能创业公司

1100 家, 人工智能领域共 获得投资

152 亿美元, 同比增长 141%.与此同 时, 智能 + 逐渐成为人工智能应用的创新范 式,即人工智能技术向创新性的消费场景和不 同行业快速渗透融合, 例如华为 Mate10 搭载人 工智能领域的深度学习芯片. 在这样的背景下,人工智能逐渐为世界 各国所重视.比如去年

7 月20 日,我国发布 《新一代人工智能发展规划》 ,开启了人工智 能快速发展的新征程. 存在局限与诸多误区 纵观人工智能近年来的发展不难看出, 其仍然主要集中在专用智能领域,即面向特 定领域的人工智能技术,如人工智能程序在 ImageNet 图像识别和 LFW 人脸识别中达到 了超越人类的水平,微软语音识别系统 5.1% 的错误率比肩专业速记员等. 对此, 谭铁牛表示, 这是因为专用智能领 域任务单

一、 应用背景需求明确、 领域知识积 累深厚、 建模计算简单可行, 因此才形成了人 工智能领域的单点突破,在局部智能水平的 单项测试中可以超越人类智能. 但真正意义 上完备的人工智能系统应该是一个通用的智 能系统,而通用人工智能研究与应用可以说 是刚刚起步, 依然任重道远. 总体上,人工智能系统的能力维度可分 为信息感知、 机器学习、 概念抽象和规划决策

4 个方面. 目前人工智能系统在信息感知和 机器学习方面进展显著,但是在概念抽象和 规划决策方面还很薄弱. 谭铁牛说, 目前的 人工智能系统可谓有智能没智慧、有智商没 情商、 会计算不会 算计 、 有专才无通才. 比如, 某高校食堂外悬挂着一条横幅, 上 面写着 欢迎新老师生前来就餐 .人们可以 将其理解为欢迎 新老师生 前来就餐, 但人 工智能翻译时却很可能断句为欢迎新老师 生前来就餐 .再如, 能穿多少穿多少 这句 话, 在天冷时和天热时完全是相反的意思, 但 人工智能却未必能翻译出来. 此外, 谭铁牛指出, 由于人工智能与人类智 能密切关联且应用前景广阔、 专业性很强, 因此 容易造成人们的误解, 也带来不少炒作. 例如, 有 些人错误地认为, 人工智能就是机器学习 (深度 学习) 、 人工智能已经达到

5 岁小孩的水平等. 有望引领新一轮科技革命 在谭铁牛看来,当前人工智能正处于从 不能用 到 可以用 的技术拐点, 但是距离 很好用 还存在诸多瓶颈, 如数据、 能耗、 泛化、 可解释性、 可靠性、 安全性等, 理论创新和 产业应用发展空间巨大. 人工智能的春天刚刚开始! 谭铁牛表 示, 未来十年, 人工智能将是最具变革性的 技术. 而实现从专用人工智能 (弱人工智能, 具 备单一领域智能) 向通用人工智能 (强人工智 能, 具备多领域智能) 的跨越式发展, 在谭铁 牛看来,既是下一代人工智能发展的必然趋 势,也是国际研究与应用领域面临的挑战性 问题.同时, 从机器智能到人机混合智能、 从 人工智能 到自主智能系统的转变, 也将成 为未来人工智能研究的主流方向.在这个过 程中, 学科交叉则是创新源泉和必然趋势. 比如,脑科学研究与类脑智能研究交 叉, 前者为后者提供生理学原理与数据, 开 启全新计算模式;

后者为前者提供仿真模 拟手段、系统与平台,支持科学假设的验 证. 谭铁牛说, 两者相互支撑、 相互促进、 共同发展. 在他看来,随着人工智能技术的进一步 成熟以及政府和产业界投入的日益增长, 全 球人工智能产业规模在未来十年将进入高速 增长期. 人工智能 +X 的创新模式将随着技 术和产业的发展日趋成熟,将人类带入普惠 型智能社会.与此同时, 人工智能将成为更多 国家的战略选择,人工智能教育将会全面普 及, 相关法律法规也将更为健全. 中国科学院院士武向平:下一代超级望远镜的中国机会本报见习记者 高雅丽 自20 世纪

90 年代起,人类对量子力学基 本问题的深入研究和量子调控技术的巨大进 步, 催生了量子信息科学这一新学科, 并使其成 为近年来物理学领域最活跃的研究前沿之一. 量子客体的状态会被测量影响, 由此带来 一个革命性的观念―― ―观测者的行为可以影响 体系的演化. 在中国科学院第十九次院士大会 第六届学术年会上, 中国科学院院士、 中国科学 技术大学常务副校长潘建伟介绍了从量子物理 基础检验到量子信息技术的新量子革命. 两次量子革命带来的改变 牛顿力学理论带来了第一次科学革命, 但是经 典 物理 学的决定 论 却存 在一个困 境―― ― 一切事件都是在宇宙大爆炸时就已经 确定好的吗?个人的努力还有意义吗? 潘建伟引用了霍金的一句话―― ― 即使 是相信一切都是上天注定的人,在过马路时 也会左右看 .他解释说: 虽然大家对牛顿力 学理论取得的成就非常满意,但对于它蕴含 的决定论, 我们持有很深的怀疑. 怀疑促成了量子力学的建立.

20 世纪初, 随着量子力学建立而催生的第一次量子革 命, 使得人类在能源、 信息、 材料和生命等科 学领域获得了空前的发展. 然而,基于第一次量子革命成果的多个 重要产业领域都已经逐渐逼近其技术极限, 进一步发展遇到严重阻碍. 潘建伟说: 通常人们可以采用身份认 证、传输加密、数字认证等手段确保信息安 全.然而, 一旦拥有足够强大的计算能力, 所 有依赖于计算复杂度的加密算法原理上都会 被破解. 同时,大数据时代人类对计算能力的需 求与日俱增,但是目前拥有的计算能力十分 有限,例如集全世界计算能力的总和都无法 在一年内完成对

280 个数据的穷举搜索.同时, 随着晶体管的尺寸逐步接近纳米级, 量子 效应将起主导作用,晶体管的电路原理将不 再适用. 幸运的是,量子力学的发展已经为解决 这些重大问题作好了准备. 潘建伟介绍说,

1935 年,爱因斯坦等人指 出,量子纠缠所体现的量子非定域性与作为经 典物理学基本观念的定域实在论之间存在尖锐 矛盾.1964 年, John Bell 提出了 Bell 不等式, 为 实验检验量子非定域性与定域实在论的矛盾提 供了可量化的方案. 此后, 各国学者开展了大量 的Bell 不等式实验研究,验证了量子力学非定 域性的正确性. 作为量子调控技术的系统性应用,量子 信息技术可以在确保信息安全、提高运算速 度、提升测量精度等方面突破经典技术的瓶 颈,量子调控和量子信息技术的迅猛发展标 志着第二次量子革命的兴起. 中国量子通信技术国际领先 发展量子通信技术的终极目标是构建 全国乃至全球范围的量子通信网络体系. 潘建伟表示. 对于量子通信, 目前国际上有两种公认 的可行途径: 一种是利用中继器 (包括可信 中继和量子中继) 进行分段传输;

另一种是 利用卫星中转进行自由空间单光子传输, 实 现数千公里甚至是全球化的量子通信. 当前, 中国在发展量子通信技术的研究 和应用方面处于国际领先水平. 为构建广域 量子通信系统, 我国建成了首个千公里级广 域量子保密通信骨干网 京沪干线 . 同时, 经过近

10 年的努力, 科学家目前 已可以用低轨卫星进行量子通信.

2016 年, 在中科院战略性先导科技专项 的支持下,世界上首颗量子科学实验卫星 墨子号 圆满实现了三大既定科学目标, 在 国际上率先................