《麻省理工科技評論》公布2020年十大突破 - 工程師

《麻省理工科技評論》公布2020年十大突破性技術

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《麻省理工科技評論》公布2020年十大突破性技術 (10 Breakthrough Technologies)。

防駭網際網路 Unhackable internet
超個性化藥物 Hyper-personalized medicine
數位貨幣 Digital money
抗衰老藥物 Anti-aging drugs
人工智慧發現新藥分子 AI-discovered molecules
超級衛星星群 Satellite mega-constellations
量子霸權 Quantum supremacy
微型人工智慧 Tiny AI
差分隱私 Differential privacy
氣候變化歸因 Climate change attribution

防駭網際網路

重大意義：網際網路越來越容易受到黑客攻擊，而量子網路將無法被黑客攻擊。
主要研究者：代爾夫特理工大學、量子網際網路聯盟、中國科學技術大學
成熟期：5 年。

目前進展：
基於量子物理學的網際網路將很快實現穩定的量子通信安全。由代爾夫特理工大學的Stephanie Wehner團隊，正完全通過量子技術建立一個可以連接荷蘭四個城市的網路，並且達到網路發送的消息無法被破解。

一種可以絕對保護光子中編碼信息的傳輸方式，由潘建偉教授帶領的中國團隊在北京和上海之間建造了一個長達2000 公里的骨幹網路，但該項目部分使用零組件於量子網路。

這項技術依賴於一種“量子糾纏”的粒子行為。糾纏的光子在不破壞其內容的情況下無法被秘密讀取。但是，創建糾纏的粒子很難，遠距離傳輸粒子更難；更遠距離的網路連接將需要量子中繼器來擴展。Wehner認為，第一個量子中繼器將在未來五到六年內完成，並將在2020 年代末建成一個全球量子網路。

超個性化藥物

重大意義：針對個體量身定制的基因藥物為身患絕症的人帶來一線希望。
主要研究者：AT Children's Project、波士頓兒童醫院、Ionis Pharmaceuticals、美國食品和藥品監督管理局
成熟期：現在

目前進展：
歸功於可以根據個體基因量身定制的全新藥物，這種情況可能會發生改變。如果因為某種特定DNA 缺陷導致了極為罕見的疾病（目前有數千種這樣的情況），可爭取修復基因的機會。

新型藥物可能會採用基因替代、基因編輯或反義核酸等形式，採用了反義核酸，類似於用一種分子擦除劑消除或修復錯誤的遺傳信息。這些治療手段的共同點在於，它們能夠以數位化方式和速度編程，以糾正和補償遺傳性疾病，或者替代DNA。

由於，這類針對單一患者的“多對一” 治療方案來說，真正的挑戰是它幾乎與現行的所有新藥的研發、測試和銷售規則背道而馳。當這些藥物只幫助了一個人，卻需要投入多個大型團隊來設計和製造時，誰來為它們買單呢？

數位貨幣

重大意義：隨著實體貨幣使用頻率的下降，沒有中介的交易自由也隨之減少。甚至數位貨幣技術可以用來分裂全球的金融體系。
主要研究者：中國人民銀行、Facebook
成熟期：2020 年

目前進展：
雖然，2019年Facebook 推出了全球數位貨幣Libra，但卻遭到強烈抵制。但它仍然產生了影響，隨之中國人民銀行表示，將會加速自身數位貨幣的開發。

抗衰老藥物

重大意義：諸如癌症、心臟病和失智症等許多不同疾病或許可延緩衰老來治療。
主要研究者：聯合生物技術公司、Alkahest、梅奧診所、Oisín Biotechnologies
成熟期：五年之內

目前進展：
第一波新型抗衰老藥物已經開始人體測試。這類藥物被稱為“長壽藥物”（Senolytics），其工作原理是消除某些隨著年齡增長而積累的“衰老細胞”，會導致輕微的炎症，抑制正常的細胞修復機制，並且置鄰近細胞於有害環境之中。

Unity Biotechnology公司公佈了藥物在輕度至重度膝關節炎患者身上的初步測試結果，預計將在2020 年下半年從更大規模的臨床試驗中獲得更多結果。還有研發類似的藥物，用來治療與年齡有關的眼部和肺部疾病。

Alkahest公司嘗試向患者註射年輕人血液中的某些成分，來阻止輕度和中度阿爾茨海默氏病患者的認知和功能性能力下降。
德雷塞爾大學醫學院嘗試研究含有雷帕黴素（一種免疫抑製藥物）的面霜，希望可以減緩皮膚衰老。

以人工智慧發現新藥分子

重大意義：一種新藥的商業化平均花費約25 億美元，因難以找到具潛力的藥物分子。
主要研究者： Insilico Medicine、Kebotix、Atomwise、多倫多大學、BenevolentAI
成熟期：3-5 年

目前進展：
可能被轉化為潛在救命藥物的分子很難以被發現，或須花費很長時間來尋找。現在，利用機器學習工具可以用來探索包含已知分子及其特性的大型數據庫，利用這些信息可以產生新的可能性，以更快的速度、更低的成本發現新的候選藥物。

香港的Insilico Medicine 公司和多倫多大學的研究團隊實現了重大實驗突破，通過合成人工智慧算法發現六種候選藥物，證明了該策略的有效性。

超級星座衛星

重大意義：太空衛星系統可讓高速網際網路覆蓋全球，也可以讓地球的衛星軌道變成一個充滿垃圾的雷區。
主要研究者：SpaceX、OneWeb、亞馬遜、Telesat
成熟期：現在

目前進展：
藉發射數千顆衛星來組成巨大的衛星星座，讓地球上的每一寸土地都能通過寬頻連上網際網路終端。部署這些巨大的衛星星群是可行的，當現今有能力製造更小的衛星，回收再發射降低發射成本

但還有些問題需要解決，就是大量衛星部署會對天文學的研究造成干擾，還有眾多衛星在軌道上運動，一旦發生碰撞事故，就可能會造成千千萬萬塊太空碎片(垃圾)。這樣的災難會讓未來人類幾乎無法再使用衛星服務和進行太空探索。
未來十年內，這些巨形衛星網際網路星群的命運，將決定地球軌道空間的未來。

量子霸權

重大意義：量子計算機將能夠解決經典機器不能解決的問題。
主要研究者：谷歌、IBM、微軟、Rigetti、D-Wave、IonQ、Zapata Computing，Quantum Circuits
成熟期：5-10 年以上

目前進展：
量子計算機存儲和處理數據的方式與我們傳統計算機完全不同。理論上，它們可以解決某些類型的問題，這些問題即使是最強大的經典超級計算機也需要數千年才能解決，比如破解密碼，或者在新藥和材料研究中模擬的分子精確行為等。

據谷歌估計，一台擁有53 個量子位元的計算機用三分鐘時間可完成超級計算機可能需要1 萬年才可完成的計算任務，使用世界上最大的完成這一任務，也就是15 億倍長的時間。但是，IBM 對谷歌的說法提出了質疑，認為量子計算機最多能使速度提高一千倍。

至於，能夠破解當今密碼學的量子計算機將需要數百萬個量子位，能還需要幾十年的時間才能實現這目標。但是創建一個可以模擬分子的量子計算機模型應該相對容易。

微型人工智慧

重大意義：得益於最新的人工智慧技術驅動，設備不需要送入雲端就能實現很多智能化操作。
主要研究者：谷歌、IBM、蘋果、亞馬遜
成熟期：現在

目前進展：
人工智慧發展有一個現實問題，就是為了構建更強大的算法，研究人員正在使用越來越多的大數據和計算能力，就依賴於中心化的雲服務。這不僅造成大量碳排放，而且還限制了人工智慧應用的運行速度，同時造成很多隱私問題。

微型人工智慧的興起正在改變這一點。科技巨頭和學術研究人員正在探索新的算法，在不喪失能力的情況下縮小現有的深度學習模型。同時，開發新一代的專用人工智慧晶片，將更多的計算能力集成到更緊密的物理空間中，以更低的功耗來訓練和運行人工智慧算法。

差分隱私

重大意義：美國人口普查局的數據保密難度越來越大。不過，差分隱私的技術可以解決這個問題，基於建立信任機制，並能供其他國家使用。
主要研究者：美國人口普查局、蘋果、Facebook
成熟期：將應用於美國2020 年人口普查中，將是迄今為止規模最大的應用。

氣候變化歸因

重大意義：人類更加清楚地認識到氣候變化如何讓天氣更惡化，以及人類需要為此做出哪些準備工作。
主要研究者：世界氣候歸因組織、荷蘭皇家氣象研究所、紅十字會與紅新月氣候研究中心
成熟期：現在

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