今天，《麻省理工科技评论》的年度“十大突破性技术”（TR10）榜单如期而至。 自2001年起，《麻省理工科技评论》每年都会评选年度“十大突破性技术”。这份全球科技领域的重要榜单准确预测了脑机接口、智能手表、癌症基因治疗、深度学习等诸多热点技术的兴起。当然，与其说是“预测”，不如说《麻省理工科技评论》是站在全球科技前沿，见证着一种百年科技创新的沉淀。文化与影响的研判。 与往年一样，这份充满未来感的榜单试图在每年年初定义下10个最值得关注的技术方向，但编辑部正试图为这个极具影响力的年度策划创造更多新鲜感。比如去年，我们邀请比尔·盖茨先生作为评委嘉宾全程参与评选。 那么今年，站在新十年与旧十年的接力点上，这份榜单又将呈现怎样的惊喜呢？ 回顾2013年十大突破性技术榜单，由于人工智能的加速发展，我们将“深度学习”列为年度突破性技术，准确给出了3-5年的爆发期年。 2010年，我们提名了带有3D全息显示屏的手机、将空气中的二氧化碳直接转化为柴油的微生物、在体内降解的电子植入物，以及“社交电视”（现在称为Twitter）。 2009年，在苹果收购Siri之前，我们将其列为一项突破性技术。当时，Siri宣布它不仅是一个声控搜索引擎，而且可以为用户预订餐厅或航班。 图片《麻省理工科技评论》主编GideonLichfield 老实说，如果我们真的能准确预测哪些新技术会成功，我们不会公开，但会成立一个基金来投资它们.这就是风险投资家每天都在做的事情，但很少有人能成功。但是，作为未来主义者，未来主义的意义不是去猜测未来，而是去挑战人们已有的想象力，让未来来临时，我们不至于措手不及。 所以在2020年（大家都爱整数），我们决定扩充今年的年度十大突破性技术名单。我们将仔细研究这些技术，并收集一些其他人对2030年的预测。 例如，摩尔定律是现代最可靠的预测，但它相当古老，我们的同事大卫·罗特曼(DavidRotman)研究了摩尔定律。他做出了这样的预测：摩尔定律即将失效。他很好奇这将如何影响未来的进展；独立记者RobArthur研究2016年美国总统大选预测不佳的原因并预测2020年总统大选；人工智能因果关系的进展；BobbieJohnson向一些未来学家询问了未来以及他们在2030年可以期待什么。 图2020《麻省理工科技评论》全球十大突破性技术清单包括：反黑客互联网、超个性化医疗、数字货币、反——衰老医学、人工智能发现分子、超级星座卫星、量子优势、微人工智能、差分隐私、气候变化归因等10项突破性技术。以下为榜单详细解读：反黑客互联网 意义：互联网越来越容易受到黑客攻击，量子网络将无法被黑客入侵。 主要研究者：代尔夫特理工大学、量子互联网联盟、中国科学技术大学 成熟期：5年 基于量子物理的互联网即将实现稳定、安全的通信。代尔夫特理工大学StephanieWehner领导的团队正在构建一个网络，该网络可以完全使用量子技术连接四个荷兰城市。通过该网络发送的消息将无法破译。 在过去的几年里，科学家们已经学会了使用光纤电缆来传输成对的光子，这种传输方式绝对保护了光子中编码的信息。由潘建伟教授领导的中国团队已使用该技术在北京和上海之间建立了2,000公里的骨干网络，但该项目部分依赖于经典组件，这些组件将在构建新的量子网络之前被替换。网络会定期断开，因此仍然存在被黑客入侵的风险。 相比之下，代尔夫特理工大学的网络将是第一个使用量子技术在城市之间传输信息的网络。 该技术依赖于称为“量子纠缠”的粒子行为。在不破坏其内容的情况下，无法秘密读取纠缠的光子。 但是创造纠缠粒子很难，长距离传输它们更难。Wehner的团队已经证明他们可以将粒子发送到1.5公里（0.93英里）的距离之外，他们有信心在今年年底之前在代尔夫特和海牙之间建立一个量子网络。更远距离的网络连接将需要扩展量子中继器。 代尔夫特理工大学和其他一些机构正在设计这种中继器。Wehner表示，第一个量子中继器将在未来五到六年内完成，全球量子网络将在2020年代后期建成。超个性化医疗 意义重大：为个体量身定做的基因医学，给身患绝症的人带来了一线希望。 首席研究员：A-T儿童项目、波士顿儿童医院、IonisPharmaceuticals、FDA一种极其罕见且致命的疾病。这种疾病不仅没有有效的药物，甚至没有科学家试图研究它。 最后，医生也只能感叹，“这种病太少见了，算了吧。” 感谢可以针对个体基因定制的新药，这种情况可能会改变。如果一种极其罕见的疾病是由特定的DNA缺陷引起的（今天有成千上万种这种情况），至少有一次机会去争取修复该基因。 小女孩米拉·马科维茨（MilaMakovec）就是一个真实案例。她被一种独特的基因突变击垮了，她的医生花了一年时间为她的基因缺陷量身定做一种药物，以她的名字命名为“米拉森”。相关研究成果于2019年10月发表于《新英格兰医学杂志》。 虽然治疗并未完全治愈米拉，但似乎已经稳定了她的病情：她的癫痫发作较少，可以在帮助下站立和行走。 米拉的治疗之所以成为可能，是因为一种全新的基因医学的发展从未如此迅速，也没有比现在更好的机会。较新的药物可以采用基因置换、基因编辑或反义核酸的形式，Mira的治疗使用这些药物，类似于擦除或修复错误遗传信息的分子橡皮擦。这些治疗的共同点是它们可以通过数字方式快速编程，以纠正和补偿遗传疾病，或替换DNA字母。 还有多少人和米拉有类似的情况？目前还不多，但会越来越多。 好消息是，研究人员曾经无法应对的挑战可能正在扭转，他们依靠DNA来寻找解决方案。 然而，这种针对单个患者的“多对一”治疗方法的真正挑战在于，它违背了几乎所有现行的新药开发、测试和营销规则。这些药物只能帮助一个人，却需要多个庞大的团队来设计和制造，谁来买单？数字货币的意义 ：随着实物货币使用频率的降低，无中介交易的自由度也随之降低。同时，数字货币技术可用于破坏全球金融体系。 主要研究人员：中国人民银行、Facebook 成熟期：2020年 2019年6月，Facebook推出了名为“Libra”的“全球数字货币”。此举立即遭到强烈反对，“Libra”可能永远不会推出，至少不会以最初设想的方式推出。 但它仍然产生了影响：在Facebook宣布后的几天内，中国人民银行的一位官员暗示，它将加快发展自己的数字货币。如今，中国有望成为世界上第一个发行数字版货币以替代实物货币的经济体。 中国显然正在考虑天秤座的潜在影响：它可能会加强美国在全球金融体系中不成比例的力量，这源于美元作为世界事实上的储备货币的作用。一些人猜测中国将在国际上推广其数字货币。 Facebook的“天秤座”宣传现在是政治性的。2019年10月，Facebook首席执行官马克·扎克伯格（MarkZuckerberg）向美国国会承诺，Libra“将扩大美国的金融领导地位，以及美国影响和监督全球民主价值观的能力。“数字货币战争已经打响。抗衰老药物 有很大的不同：许多不同的疾病，如癌症、心脏病和痴呆症，都可以通过延缓衰老来治疗。 主要研究者：UnitedBiotech、Alkahest、MayoClinic、OisínBiotechnologies 成熟度：五年内，第一波抗衰老新药开始人体试验。虽然它们目前不能延长寿命，但它们有望通过减缓或逆转基本的衰老过程来治疗特定疾病。 这些药物，称为senolytics，通过消除随着年龄增长而积累的某些细胞起作用。这些细胞被称为“衰老细胞”，会引起轻度炎症，抑制正常的细胞修复机制，并为邻近细胞创造不利环境。 2019年6月，总部位于旧金山的UnityBiotechnology公布了该药物在轻度至重度膝关节炎患者中的初步测试结果，预计将于2020年下半年推出更大规模的研究。更多结果在临床试验中获得。该公司还在开发类似的药物来治疗与年龄有关的眼部和肺部疾病。 Senolytics和许多其他有前途的新疗法针对导致衰老和各种疾病的某些生物过程，目前正在人体中进行测试。 一家名为Alkahest的生物技术公司正在尝试向患者注射年轻血液中的一种成分，据称这种成分有可能阻止轻度和中度阿尔茨海默病患者的认知和功能衰退。该公司还在人体中测试治疗帕金森病和痴呆症的药物。 此外，在2019年12月，德雷克塞尔大学医学院的研究人员还试图研究一种含有免疫抑制药物雷帕霉素的乳膏，看它是否能延缓皮肤衰老。 这些实验反映出研究人员越来越努力地研究是否可以通过特定方式延迟许多与衰老相关的疾病的发作，例如心脏病、关节炎、癌症和痴呆症。人工智能的分子发现 有所不同：将一种新药商业化平均花费约25亿美元，部分原因是很难找到有前景的分子。 首席研究员：InsilicoMedicine、Kebotix、Atomwise、多伦多大学、BenevolentAI 成熟度：3-5年 可以转化为潜在救命药物的分子数量令人难以置信：研究人员估计这个数字大约有1060个，这比太阳系中所有原子的数量还多，提供了几乎无限的化学可能性——如果化学家能在其中找到有价值的分子的话。 机器学习工具现在可用于探索已知分子及其特性的大型数据库，利用这些信息可以为以更低的成本更快地发现新的候选药物带来新的可能性。 2019年9月，香港InsilicoMedicine和多伦多大学的研究团队取得重大实验突破，通过合成人工智能算法发现的几种候选药物，证明了该策略的有效性。 研究人员使用与深度学习和生成模型相关的技术，类似于允许计算机在古代围棋比赛中击败世界冠军的技术，已经成功地识别出大约30,000种具有理想特性的新分子。他们选择了其中的6个进行药物合成和试验，其中1个在动物实验中表现出很高的活性，被证明很有前途。这些科学家拥有新工具，可以进一步拓展他们的想象力。超级星座卫星 很有意义：这些系统可以实现全球高速互联网覆盖，但它们也可能将地球的卫星轨道变成一个充满垃圾的雷区。 主要研究者：SpaceX、OneWeb、亚马逊、Telesat 成熟度：今天 世界上仍有超过35亿人无法访问互联网。像SpaceX和OneWeb这样的公司认为他们可以发射数千颗卫星，形成巨大的卫星星座，通过宽带将地球的每一寸土地都连接到互联网终端。只要这些终端上方的天空没有被遮挡，它们就可以将互联网传输到附近的任何设备。仅SpaceX一家公司计划在十年内送入轨道的卫星数量就比人类历史上发射的卫星总数多出4.5倍。 部署这些巨大的卫星群是可行的，因为我们已经学会了如何制造更小的卫星并以更便宜的价格发射它们。在航天飞机时代，将卫星发射到太空的成本约为每磅24,800美元。发射一颗重达4吨的小型通信卫星的成本接近2亿美元。 如今，SpaceX的Starlink卫星仅重约500磅（227千克）。可重复使用的设计和低制造成本意味着我们可以用火箭一次发射数十颗卫星，大大降低了成本。现在，SpaceXFalcon9火箭发射的成本仅为每磅1,240美元。 去年，首批120颗Starlink卫星发射升空，公司计划从2020年1月开始每两周发射一次，每次发射60颗卫星。OneWeb于2020年2月发射了34颗卫星，并表示将于今年开始在部分地区提供商业服务。我们很快就会看到数以千计的卫星协同工作，将互联网带到地球上最贫穷和最偏远的地区。 但是，如果要实现这一点，则需要解决一些问题。一些学术界的研究人员对这个计划非常不满，认为大量的卫星会干扰天文研究。更糟糕的是，如此多的卫星在轨道上运行，一旦发生碰撞事故，可能会像雪崩一样引发无数次碰撞，最终形成上千块空间碎片。这样的灾难将使人类在未来几乎无法使用卫星服务和太空探索。2019年9月，一颗星链卫星险些与欧洲航天局的一颗气象卫星相撞，人们惊出一身冷汗，意识到我们完全没有准备好将如此多的卫星维持在轨。 这些巨型卫星互联网星座的命运将决定未来十年地球轨道空间的未来。量子优势 意义重大：量子计算机将能够解决经典机器无法解决的问题。 主要研究人员：Google、IBM、Microsoft、Rigetti、D-Wave、IonQ、ZapataComputing、QuantumCircuits常见的经典计算机有很大不同。从理论上讲，它们可以解决某些类型的问题，即使是最强大的经典超级计算机也需要数千年才能解决这些问题，例如破解密码或模拟新药物和新材料研究中分子的精确行为。 量子计算机已经存在好几年了，但只有在特定条件下它们才能超越经典计算机。一台具有53个量子比特（量子计算的基本单位）的计算机只用了三分钟多一点的时间就完成了谷歌估计使用世界上最大的超级计算机可能需要10,000年的计算，或者说时间要长15亿倍。IBM对谷歌的说法提出异议，称量子计算机可以实现高达一千倍的加速。即便如此，这也是一个里程碑式的提升。量子计算机中每增加一个量子位，其计算速度就会翻倍。 不过，谷歌的演示只是量子计算概念的证明，相当于在计算器上随机加法，证明答案是正确的。现在的目标是构建具有足够量子位的机器来解决实际问题。这是一个艰巨的挑战：量子比特越多，维持它们微妙的量子态就越难。谷歌的工程师认为他们的方法可以达到100到1,000个量子比特，这可能足以解决一些实际问题，但没有人确切知道它能解决哪些实际问题。 除此之外呢？能够破解当今密码学的量子计算机将需要数百万个量子比特，而且可能还需要几十年的时间。但是创建可以模拟分子的量子计算机模型应该相对容易。微型人工智能的意义 ：得益于最新的人工智能技术，我们的设备可以在不与云端交互的情况下实现许多智能操作。 主要研究人员：Google、IBM、Apple、Amazon 成熟度：现在 人工智能发展中存在一个现实问题：为了构建更强大的算法，研究人员正在使用越来越多的大数据和计算能力，并依赖集中式云服务。这不仅会产生数量惊人的碳排放量，还会限制人工智能应用程序的运行速度，同时引发大量隐私问题。 微型人工智能的兴起正在改变这一点。科技巨头和学术研究人员正在探索新的算法，以在不损失功率的情况下缩小现有的深度学习模型。同时，新一代人工智能专用芯片有望将更多的计算能力集成到更紧凑的物理空间中，以更低的功耗训练和运行人工智能算法。 这些技术进步让消费者受益。去年5月，谷歌宣布无需向远程服务器发送请求，即可在用户手机上运行GoogleAssistant；从苹果的iOS13操作系统开始，Siri的语音识别功能和QuickType键盘可以在iPhone本地运行；IBM和亚马逊现在也提供了一个开发平台来制造和部署微型人工智能。 微型人工智能的好处显而易见。语音助手、自动纠错、数码相机等现有服务将变得更好更快，而无需每次都连接到云端运行深度学习模型；此外，微型人工智能将支持新的应用，例如需要更快响应时间的基于移动的医学图像分析或自动驾驶汽车；最后，本地化的人工智能更有利于隐私保护，因为你的数据不再需要离开设备就可以实现服务或功能的进化。 然而，随着人工智能技术变得分布式，它面临的挑战也随之而来。例如，打击流氓监控系统或深度伪造视频可能会变得更加困难，歧视性算法可能会激增。研究人员、工程师和政策制定者现在需要共同努力，对这些潜在危害进行技术和政策审查。差分隐私 意义重大：美国人口普查局对数据保密的难度越来越大。然而，一种被称为差异隐私的技术可以解决这个问题，它可以建立信任机制并可以被其他国家使用。 首席调查员：美国人口普查局、Apple、Facebook 成熟度：它在美国2020年人口普查中的使用将是迄今为止最大的。 2020年，美国政府将面临一项重大任务：对3.3亿美国居民进行人口普查，同时对他们的身份数据保密。政策制定者和学者需要为立法或研究分析数据，法律规定人口普查局必须确保数据不能用于“针对”任何个人。 但仍然有办法“去匿名化”个人数据，特别是如果人口普查数据与其他公共统计数据相结合。 所以人口普查局在数据中加入了一种“噪音”。它可能会更改某些人的年龄或种族信息，但会使每个年龄或种族组的总数保持不变。添加的噪音越多，数据去匿名化就越难。 差分隐私是一种数学技术，在给数据添加噪声的同时，总能计算出隐私提升的程度，让添加“噪声”的过程变得更加严谨。Apple和Facebook已经使用这种方法来收集汇总数据，而无需识别特定用户。 但是过多的噪音会使数据变得无用。根据一项分析，2010年人口普查数据的差异隐私版本包括据说有90人的家庭。 如果进展顺利，其他联邦机构也可能会采用这种方法。加拿大和英国等国家也在关注这项技术。气候变化归因 很重要：它让人们更加了解气候变化如何使天气恶化，以及我们需要做些什么来应对。 主要调查人员：世界气候归因组织、荷兰皇家气象研究所、红十字会与红新月会气候研究中心在伊梅尔达袭击休斯顿地区十天后，一个快速反应研究小组宣布，气候变化几乎肯定在其中发挥了作用风暴的创造。 WorldWeatherAttribution团队进行了高精度计算机模拟，比较了如果气候变化发生和没有发生，世界看起来会有什么不同。结果表明，前者（我们生活的世界）发生强风暴的可能性是后者（未发生）的2.6倍，风暴强度也高28%。 在本世纪初，科学家们不愿意将任何特定事件与气候变化联系起来。但在过去几年里，科学家们开展了更多的极端天气归因研究，相关工具和技术的快速改进使得该领域的研究成果更加可靠和具有说服力。 首先，越来越多的详细卫星数据记录有助于我们了解自然系统。此外，计算能力的提高意味着科学家可以运行更高精度的模拟并进行更多的虚拟实验。 结合其他一系列技术进步，科学家们得出了一个统计上越来越合理的结论：全球变暖通常会加剧危险天气事件的发生。 通过将气候变化的影响与其他因素隔离开来，这些研究告诉我们需要为什么样的风险做好准备，例如随着全球变暖的加剧，预计会有多少洪水和多少热浪发生变化。有多严重。如果我们选择倾听，它们可以帮助我们了解我们的城市和基础设施需要如何转型才能应对气候变化的世界。
