作者：MIT Technology Review，編譯：《昇華洞察》馮昇華
2020年將有哪些技術發生突破？《昇華洞察》編譯了MIT的一篇文章《2020年的10種突破性技術》。
一、無法入侵的互聯網
基於量子物理學的互聯網將很快實現固有的安全通信。代爾夫特理工大學的斯蒂芬妮·韋納（Stephanie Wehner）領導的一個團隊正在建立一個完全通過量子技術連接荷蘭四個城市的網絡，通過該網絡發送的消息將無法破解。
在過去的幾年中，科學家們學會了通過在其中絕對保護編碼的信息的方式，跨光纜傳輸光子對。中國的一個團隊使用一種技術形式在北京和上海之間構建了2,000公里的網絡主幹網，但是該項目部分依賴於經典組件，這些組件會在建立新的鏈接之前定期斷開量子鏈接，從而增加了被黑客入侵的風險。
相反，代爾夫特網絡將是第一個使用量子技術從頭到尾在城市之間傳輸信息的網絡。該技術依賴於稱為糾纏的原子粒子的量子行為,糾纏的光子在不破壞其內容的情況下無法秘密讀取。
但是糾纏的粒子很難產生，並且更難以遠距離傳輸。Wehner的團隊已經證明可以發送1.5公里（0.93英里）以上的距離，他們相信，他們可以在今年年底之前在Delft和海牙之間建立量子聯繫。確保更遠距離的不間斷連接將需要量子中繼器來擴展網絡。
這樣的中繼器目前正在代爾夫特和其他地方設計。Wehner說，第一個絕對安全量子網絡應該在未來的五到六年內完成，並在十年內建立一個全球量子網絡。
二、超個性化醫學
這是對一個無望的醫療案例的定義：一個患有極為罕見致命疾病的孩子，不僅沒有治療，甚至連實驗服的人都沒有。他只是說："太難受了。"
圖：朱莉婭·杜佛斯（JULIADUFOSSÉ）
這種情況就要發生改變了，這要歸功於可以針對一個人的基因量身定製的新型藥物。如果某種特殊的DNA錯誤導致了極為罕見的疾病（有數千種可能的例子），那麼現在至少有一個爭取基因修復的機會。
一個這樣的案例就是米拉·馬科維茨（Mila Makovec），她是一個因獨特的基因突變而遭受毀滅性疾病的小女孩，科學家為她製造了一種藥品。在醫生從對她的遺傳錯誤的讀出，經過僅僅一年的治療後，她的病情於10月發表在了《新英格蘭醫學雜誌》。他們稱這個藥物為米拉森。
治療沒有治癒米拉。但這似乎使她的病情穩定了：減輕了癲癇發作，並且她開始在站立和幫助下行走。
Mila的治療之所以成為可能，是因為創造基因藥物從未如此之快。新藥可能採取基因替代，基因編輯或反編譯（米拉所接受的類型）的形式，這種形式的分子橡皮擦可消除或修復錯誤的遺傳信息。這些治療的共同點在於，它們可以以數字方式且以數字速度編程，以糾正或補償遺傳性疾病，即DNA字母序列。
有多少個像Mila的故事？到目前為止，只有極少數，但是還會有更多。研究人員曾經看到瓶頸並且只能說"對不起"，現在他們看到了DNA中的解決方案，並認為可能會有所幫助。
" n-of-1"療法（指獲得藥物的人數）的真正挑戰在於，它們幾乎無視每個公認的關於如何開發，測試和銷售藥物的觀念。當這些藥物幫助一個人，但仍然需要龐大的團隊進行設計和製造時，誰來支付這些藥物的費用？
如果DNA像軟件一樣，我們可以修改代碼嗎？為了爭奪女兒的生命，一位Google程序員進入了超個性化藥物的世界。
三、電子貨幣
數字貨幣的興起對金融隱私產生了巨大影響。去年六月，Facebook推出了一種名為天秤座Libra的全球數字貨幣。這個想法引起了強烈的反響，天秤座Libra可能永遠不會啟動，至少不會像最初設想的那樣啟動。但這仍然有所作為：在Facebook宣佈這一消息後幾天，中國人民銀行的一位官員暗示，它將相應地加快自己數字貨幣的開發。現在，中國有望成為第一個發行其貨幣數字化版本的主要經濟體，以替代有形現金。
中國領導人顯然認為，天秤座Libra本來將以美元為主要儲備的儲備金構成威脅，這是威脅：它可能會加強美國在全球金融體系中的不成比例的力量，這源於美元作為世界事實上的儲備貨幣的作用。一些人甚至懷疑中國打算在國際上推廣其數字人民幣。
現在，Facebook的天秤座宣傳已成為地緣政治。十月份，首席執行官馬克·扎克伯格（Mark Zuckerberg）向國會承諾，天秤座"將擴大美國的金融領導地位以及我們在世界範圍內的民主價值觀和監督"。數字貨幣戰爭已經開始。
四、抗衰老藥
通過靶向體內自然衰老過程來嘗試治療疾病的藥物已顯示出希望。新型抗衰老藥物的第一波已經開始人體測試。這些藥物不會讓您長壽，而是旨在通過減緩或逆轉基本的衰老過程來治療特定疾病。
這些藥物被稱為senolytics-它們通過去除隨著年齡增長而積累的某些細胞而起作用。它們被稱為"衰老"細胞，可以產生低水平的炎症反應，抑制正常的細胞修復機制，併為鄰近細胞創造有毒的環境。
去年6月，總部位於舊金山的Unity Biotechnology報告了對輕度至重度膝蓋骨關節炎患者的初步結果。預計將在2020年下半年獲得更大臨床試驗的結果。該公司還在開發類似藥物，以治療與年齡有關的眼、肺疾病等。
Senolytics以及許多其他有 針對性的方法正在人類測試中，這些方法針對的是衰老和各種疾病的根源所在的生物過程。
一家名為Alkahest的公司向患者注入年輕人血液中發現的成分，並表示希望阻止患有輕度至中度阿爾茨海默氏病的患者的認知和功能下降。該公司還提供用於人體測試的帕金森氏症和痴呆症藥物。
去年12月，德雷克塞爾大學醫學院的研究人員甚至試圖查看一種含有免疫抑制藥物雷帕黴素的面霜是否可以減緩人體皮膚的衰老。
這些測試反映出研究人員正在不斷努力，以瞭解與衰老相關的許多疾病（例如心臟病，關節炎，癌症和痴呆症）是否可以通過黑客手段來延遲其發作。
五、用AI發現的藥物分子
科學家已經使用AI來發現有前途的類藥物化合物。可以轉化為可能挽救生命的藥物的分子世界令人難以置信：研究人員估計其數量約為10^60（作為對比，科學家計算過宇宙中原子的總數，大概是10∧80個原子）。這比太陽系中的所有原子還多，提供了幾乎無限的化學可能性—想象一下，如果我們只靠化學家去尋找有價值的藥物分子。
現在，機器學習工具可以利用信息來探索現有分子及其性質的大型數據庫，從而產生新的可能性。這樣可以更快、更便宜地發現新的候選藥物。
去年9月，香港Insilico Medicine和多倫多大學的一組研究人員採取了令人信服的步驟，通過合成AI算法找到的幾種候選藥物，證明該策略有效。
使用類似於深度學習和生成模型的技術，類似於允許計算機在圍棋遊戲中擊敗世界冠軍的技術，研究人員確定了大約30,000種具有理想特性的新穎分子。他們選擇了六個進行綜合和測試。其中一項特別活躍，在動物實驗中證明很有希望。
從事藥物發現的化學家經常幻想著新分子，這是一種經過多年經驗磨練的藝術，並且保持在敏銳的直覺中（最好的獵人）。現在，這些科學家有了新的工具來擴大他們的想象力。
六、超級衛星星座
現在，我們可以負擔得起地在軌道上建造、發射和運行成千上萬顆衛星。可以將寬帶連接傳送到互聯網終端的衛星，只要這些終端機能看清天空，就可以將Internet傳送到附近的任何設備。自從人造衛星發射以來，僅十年之內，SpaceX就希望向地球發送的衛星比人類已經發射的衛星多4.5倍。
圖：朱莉婭·杜佛斯（JULIADUFOSSÉ）
這些巨型星座是可行的，因為我們已經學會了如何製造更小的衛星並以更低的價格發射它們。在航天飛機時代，將衛星發射到太空的成本約為每磅24,800美元。一顆重達四噸的小型通信衛星需要花費近2億美元才能飛起來。
今天，SpaceX公司的Starlink衛星重約500磅（227千克）。可重複使用的架構和廉價的製造意味著我們可以將其中數十種捆綁在火箭上，以大大降低成本；今天發射的SpaceX公司Falcon 9價格約為每磅1,240美元。
去年，首顆120顆Starlink衛星上升了，該公司計劃從2020年1月開始每兩週發射60顆衛星。OneWeb將於今年晚些時候發射30顆衛星。我們很快就會看到成千上萬顆衛星協同工作，甚至為地球上最貧窮和最偏遠的人口提供互聯網訪問。
但這隻有在事情解決了的情況下。一些研究人員之所以生氣，是因為他們擔心這些物體會破壞天文學的研究。更糟糕的是發生碰撞的可能性，這種碰撞可能會加劇成千上萬塊空間碎片的災難，使衛星服務和未來的太空探索幾乎不可能。去年9月份，星聯公司（Starlink）的一枚ESA氣象衛星險些失蹤，這在震撼人心，提醒我們，世界為應對如此多的軌道交通而準備不足。在這十年中，這些巨型星座所發生的一切將決定軌道空間的未來。
七、量子霸權
Google提供了量子計算機優於傳統計算機的第一個清晰證據。昆騰計算機以完全不同於以往的方式存儲和處理數據。從理論上講，它們可以解決某些類型的問題，即使是想象中最強大的經典超級計算機也需要數千年才能解決，例如破解當今的密碼或模擬分子的精確行為，以幫助發現新的藥物和材料。
量子計算機已經運行了幾年，但只有在某些條件下它們才能勝過經典計算機。谷歌在去年10月宣稱了這種"量子霸權"的首次證明。一臺具有53個量子比特（量子計算的基本單位）的計算機在三分鐘的時間內完成了一次計算，根據Google的估算，這將使世界上最大的超級計算機花費10,000年，或15億倍的時間。IBM質疑Google的說法，稱加速最多不過是一千倍。即便如此，這仍然是一個里程碑，而且每增加一個量子位將使計算機的速度提高一倍。
但是，Google的演示嚴格來說只是概念的證明，等同於在計算器上進行隨機求和並顯示答案是正確的。現在的目標是製造具有足夠量子位的計算機來解決有用的問題。這是一個艱鉅的挑戰：您擁有的量子比特越多，保持其微妙的量子態就越困難。Google的工程師認為，他們使用的方法可以使它們達到100到1,000量子比特之間，這可能足以完成有用的工作，但是沒人能確定到底是什麼。
除此之外呢？可以破解當今加密技術的機器將需要數百萬個量子位。可能需要數十年才能到達那裡。但是可以模擬分子的模型應該更容易構建。
八、微型AI
現在，我們可以在手機上運行強大的AI算法。人工智能存在一個問題：為了尋求構建更強大的算法，研究人員正在使用越來越多的數據和計算能力，並且依賴於集中式雲服務。這不僅產生令人震驚的碳排放量，而且限制了AI應用程序的速度和隱私。
但是，小型AI的反趨勢正在改變這一現狀。科技巨頭和學術研究人員正在研究新算法，以在不喪失其功能的情況下縮小現有的深度學習模型。同時，新一代的專用AI芯片有望將更多的計算能力整合到更狹窄的物理空間中，並以更少的能量訓練和運行AI。
朱莉婭·杜佛斯（JULIADUFOSSÉ）
這些進步才剛剛開始對消費者可用。去年5月，Google宣佈它現在可以在用戶的手機上運行Google Assistant，而無需向遠程服務器發送請求。從iOS 13開始，Apple在iPhone上本地運行Siri的語音識別功能及其QuickType鍵盤。IBM和亞馬遜現在還提供了用於製作和部署微型AI的開發人員平臺。
所有這些都會帶來很多好處。現有服務（例如語音助手，自動更正和數碼相機）將變得越來越快，而無需每次需要訪問深度學習模型時都進行雲計算。微型AI也將使新的應用成為可能，例如基於移動的醫學圖像分析或具有更快反應時間的自動駕駛汽車。最後，本地化的AI更好地保護了隱私，因為您的數據不再需要離開設備來改善服務或功能。
但是，隨著AI利益的分佈，其所有挑戰也將隨之而來。例如，與監視系統或深度造假視頻打交道可能會變得更加困難，歧視性算法也會激增。研究人員，工程師和政策制定者現在需要共同努力，對這些潛在危害進行技術和政策檢查。
九、差分隱私
差分隱私一種衡量關鍵數據集隱私的技術。2020年，美國政府的一項重要任務是：收集該國3.3億居民的數據，同時保持其身份保密。數據發佈在統計表中，決策者和學者在編寫法律或進行研究時會對其進行分析。根據法律，人口普查局必須確保它不會針對任何個人。
但是，有一些技巧可以使個人"取消匿名"，特別是如果普查數據與其他公共統計數據結合在一起的話。因此，人口普查局向數據中注入了錯誤或"噪音"。它可能會使某些人年輕一些，而另一些人則變老，或者將某些白人標記為黑人，反之亦然，同時保持各個年齡段或不同種族的總數相同。注入的噪聲越多，去匿名化就越困難。
差分隱私是一種數學技術，通過測量添加噪聲後隱私增加了多少，從而使此過程變得更加嚴格。蘋果和Facebook已經使用該方法來收集彙總數據，而無需識別特定用戶。
但是過多的噪音會使數據無用。一項分析顯示，2010年人口普查的另一種私有版本包括據稱擁有90人的家庭。如果一切順利，該方法可能會被其他聯邦機構採用。加拿大和英國等國家也在關注。
十、氣候變化歸因
研究人員現在可以發現氣候變化在極端天氣中的作用。去年9月，熱帶風暴伊梅爾達（Imelda）開始在休斯頓地區附近的各個地區氾濫十天後，一個快速響應的研究小組宣佈，氣候變化幾乎可以肯定起了作用。
世界天氣歸因小組（World Weather Attribution）比較了氣候變化發生和未發生的高分辨率計算機模擬。在前者（我們所生活的世界）中，嚴重風暴的可能性高出2.6倍，而強風暴則高出28％。
在本世紀初，科學家不願將任何特定事件與氣候變化聯繫起來。但是在過去的幾年中，進行了更多的極端天氣歸因研究，並且快速改進的工具和技術使其變得更加可靠和令人信服。
結合了先進技術，這已經成為可能。首先，冗長的詳細衛星數據記錄正在幫助我們瞭解自然系統。而且，增強的計算能力意味著科學家可以創建更高分辨率的仿真並進行更多的虛擬實驗。
這些和其他方面的改進使科學家能夠以越來越高的統計確定性指出，是的，全球變暖通常加劇了更危險的天氣事件。
通過將氣候變化的作用與其他因素區分開來，研究告訴我們需要準備應對什麼樣的風險，包括預期會發生多少洪災，以及隨著全球變暖惡化，熱浪將如何加劇。如果我們選擇聆聽，它們可以幫助我們瞭解如何為氣候變化的世界重建城市和基礎設施。
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