2018年世界科技發展回顧

2019-1-3 08:21:00

來源:人民網 

  原標題:2018年世界科技發展回顧

  美國

  先進計算加速發展,新型元件成績斐然

  劉海英

  量子計算方面,英特爾公司2018年1月宣布開發出49量子位測試芯片Tangle Lake。此后科學家不斷推出新研究成果:證明“自旋—光子強耦合”可讓單獨量子比特相互作用、制造出可作量子中繼器的有瑕人造鉆石、構建模塊化量子計算架構關鍵組件、開發出使碳納米管成為量子單光子源的方法等,有力推動了量子計算系統的開發。美國國家科學技術委員會9月發布《量子信息科學國家戰略概述》,志在推動量子信息科學加速發展。

  超級計算機方面,“頂點”和“山脊”兩臺計算機在最新一期全球超級計算機500強榜單中分獲冠、亞軍,極大增強了美在超算競爭中的底氣;能源部4月推出耗資18億美元的百億億次級超級計算機開發計劃,更表明美追求超算領域國際領導地位的決心。

  此外,美科學家在計算機元器件研發方面也成績斐然?蓪祿行膸捥岣10倍的光電子芯片、具有精準分發光信號能力的硅芯片、基于內存計算技術的AI芯片、可同時存儲和處理信息的記憶晶體管等新型元器件的問世,為新型計算機開發打下了堅實基礎。

  日本

  量子技術全面進步,存儲理論有新突破

  陳 超

  大阪大學、NTT和東京大學的研究小組首次驗證了由冷卻原子構成的量子存儲器與光纖網絡構成可通信波段光子的量子網絡。該研究成果展示了一條實現量子中繼的新道路,為實現量子網絡的遠程化開辟了新途徑,具有抵御利用量子計算機實施的黑客攻擊能力的新一代量子密碼安全通信又向遠程化邁出了一步。

  橫濱國立大學利用金剛石中氮空位中心的電子和核子的自旋作為量子比特,全球率先成功實現了室溫下完全無磁場的條件下的萬能量子門操作。這種獨特的量子比特完整量子門操作被命名為幾何學量子比特,能以更高的速度進行高精度運算。

  日本理化學研究所和北海道大學等組成的聯合研究小組,發現在沒有外部磁場的狀態下也會產生磁渦旋,并查明了磁渦旋的形成機制?茖W家有望以此為基礎,研發以磁渦旋為信息載體的磁存儲單元。

  德國

  量子計算重點發力,基礎研究瞄準未來

  顧 鋼

  2018年,德國在量子計算機領域又有新的進展,康斯坦茨大學領銜的團隊開發出了一種基于硅雙量子位系統的穩定的量子門,這項研究成果被稱為通向量子計算機的里程碑;弗勞恩霍夫應用固體物理研究所開發出了一種微磁場下應用的量子傳感器,可用于未來計算機硬盤識別。

  在信息技術基礎研究領域,卡爾斯魯厄理工學院的研究團隊開發出了完全由金屬構成的單原子晶體管,為未來信息技術開辟了新的應用前景;凱澤斯勞滕技術大學科學家首次展示了如何在集成振幅回路中使磁子形成電流,這一研究打開了未來磁子芯片的大門。

  英國

  擬建5G測試平臺,超級計算模擬人腦

  鄭煥斌

  2018年9月,英國政府宣布,將以西米德蘭茲地域的伯明翰、考文垂、伍爾弗漢普頓3個城市為中央,設立相關測試平臺,以建設較大規模的5G試點網絡。

  11月初,英國曼徹斯特大學科學家激活了世界上最強“大腦”——一臺擁有100萬個處理器內核和1200個互連電路板的超級計算機,它能像人腦一樣運作,是迄今最準確模擬人腦的超級計算機。

  韓國

  基礎設施位居前列,技術研發多有亮點

  邰 舉

  信息技術是韓國的優勢領域。韓國的信息技術基礎設施繼續位居前列。2018年年初平昌冬奧會之前,韓國建成了大規模5G試驗網絡,預計于2019年初期實現商用化,這一計劃進展迅速。

  在量子計算領域,韓國學者開發出一種量子弱測量方法,克服了海森堡不確定原理的限制,可以有效應用于量子計算機的運算過程。韓國企業成功研發出處理器“Exynos9”,其搭載了借鑒人類大腦結構的新概念人工智能芯片,可用于手機終端并行處理大量多媒體數據。韓國開發的廣視角全息圖像技術將信息儲存量提升了100倍。

  以色列

  網絡安全齊頭并進,無人駕駛安全先行

  毛 黎

  以色列證券管理局表示,其已開始使用區塊鏈技術應對網絡安全挑戰。信息公司塔爾多經過3個月時間開發出管理局所需的區塊鏈軟件系統。以美兩國研究人員開發出可從包括“臉書”和“推特”在內的大多數社交網上發現假賬戶的通用方法,其在網絡安全等領域具有廣泛的應用潛力。

  為應對汽車電子系統安全性面臨的挑戰,以色列Arilou公司研發的并行防侵入系統(PIPS)能夠通過主動攔截來自汽車被“黑”電控單元的惡意指令,保護車輛整個網絡的安全;GuardKnox公司借助戰機和防空導彈系統的安全理念,為車輛提供了自動安全保護措施,在確保正常通信的同時,阻止包括網絡攻擊在內的任何不當信息的傳遞。

  俄羅斯

  量子計算蓄勢待發,超級計算獲得突破

  亓科偉

  2018年,俄加大對量子計算機和量子通信技術的研發力度:2月在索契召開的“2018俄羅斯投資論壇”期間,俄對外經濟銀行、VEB創新公司、前景研究基金會、莫斯科國立大學和非營利組織“數字經濟”簽署協議,計劃在5年內研制出50個量子比特的量子計算機;莫斯科物理技術學院科研團隊選取碳化硅作為量子發射材料,研發出新型量子發射器,每秒可發射幾十億個單量子,可保證G量級的比特傳輸速度,未來可用于構建信息安全性更高的量子通信網絡。

  超級計算機方面,俄杜布納聯合核子研究所3月建成了新型超級計算機“格沃倫”,其理論浮點運算峰值為每秒1000萬億次(單精度)或500萬億次(雙精度)。

  烏克蘭

  信息產業老驥伏櫪,智能監測威力強勁

  張 浩

  烏克蘭國家航空大學2018年7月研發出一款新型智能監測接收系統。該智能監測接收系統可查找和設置輻射源參數,在規定頻段內對無線電信號的使用進行監測,確定來自不同發射器的接收點處的場強;測定散熱器的參數和輻射源的坐標,識別散熱器、輻射源類型;監測雷達站、指導站、飛機與機場通信設施的無線電信標等。該系統還可進行GSM、GPRS和CDMA通信,對流層散射和衛星通信以及民用無線電、電視信號通信等。根據烏方發布的信息,該設備具有質量輕、功耗低、信號分析速度快、準確性高且便于攜帶的優勢。

  人工智能與先進制造

  美國

  AI應用擴大需警惕風險,3D打印技術潛力可期

  劉海英

  2018年美國在人工智能領域依然占據全球領先地位,科學家開發出多種新算法,達成創建“可視化”人工神經網絡、追蹤動物運動及行為、識別地震后余震出現地點、預測基因組修復結果等目標,逐步推動人工智能向前發展。同時,人工智能應用范疇逐漸擴大,尤其是在醫療領域,食品和藥物管理局首次批準利用人工智能的醫療設備上市銷售,讓人們對醫療領域人工智能應用充滿期待。而2000多名人工智能領域專家共同簽署《禁止致命性自主武器宣言》,揭示人工智能發展可能帶來的道德及現實風險,則再次警示世人應理性發展人工智能。

  借助新材料、人工智能等技術的進步,3D打印為代表的先進制造技術穩步發展!对霾闹圃鞓藴驶肪圖2.0版》的推出,為美制定相關技術標準奠定堅實基礎。而可直接在皮膚上進行3D打印的技術的出現,可跟蹤和存儲使用方式的3D打印器件的研發,以及3D打印生物工程脊髓、磁活化材料等成果,都表明3D打印技術潛力仍在。此外,利用光熱合成石墨烯納米帶、利用聲波制造超微型光二極管、從聚合物化學反應中獲取能源制造聚合物等新技術的出現,為美未來先進制造進一步發展奠定了基礎。

  德國

  “工業4.0”戰略持續推動,制造業更智能更高效

  顧 鋼

  智能制造在汽車工業的應用是德國工業4.0戰略的重要領域,2018年在聯邦教研部的資助下,學院、科研院所與企業合作,在大學內創建了研發園ARENA2036,探索汽車先進制造和輕質結構及測試問題。未來的制造將不再是同質和線性,工廠需要滿足更多個性化的需求。

  德國弗勞恩霍夫協會所屬研究所研發的ANNIE移動操作平臺適用于人與機器人協作的復雜生產場景,該平臺具有感知、導航、安全、軟件架構和交互等功能,擁有認知能力的機器人可以獨立地執行任務。

  為了降低能耗,提高設備使用效率,弗勞恩霍夫研究所IFF開發了可分析預測電負荷曲線的方法“FlexChem”,通過軟件的分析和高峰負荷預測,可大大降低制造成本,并能在利用可再生能源時確保電網的穩定性。

  日本

  驗證AI設計材料實用性,制成低噪音有機晶體管

  陳 超

  2018年3月,富士通株式會社和日本理化學研究所宣布,他們的聯合研究小組在材料設計中應用第一原理計算與人工智能技術,對全固態鋰離子電池的固體電解質組成實施了預測、合成與評價試驗,并進行了實際驗證。此外,水戶市與NEC啟動實驗,利用人工智能提高辦公效率和加強內部治理。

  日本東北大學等確立鐵—鎵(Fe—Ga)單晶板材的低成本量產技術。作為磁致伸縮材料之一的鐵—鎵單晶是一種非常優異的能量轉換材料,是小尺寸、高輸出和高靈敏度的振動發電元件的基礎材料。振動發電如果走向實用化,就能實現不使用紐扣電池和干電池的無線通信模塊,便利性將大幅提高。

  東京大學將有機半導體制成墨水,利用印刷技術,成功制作出了全球噪聲最低的有機晶體管,有望提供實現物聯網社會所需的低成本、高靈敏度傳感器件。

  俄羅斯

  拓展人工智能應用,4D雷達用于無人駕駛

  亓科偉

  俄科學院科拉科學中心建立了礦物成分評估人工神經網絡,通過學習,神經網絡僅憑礦樣的化學成分即可確定其礦物成分,并自動生成三維礦產資源圖;俄羅斯和以色列合作,使用人工智能來準確診斷和治療心律不齊;俄法律從業公司推出基于人工智能的機器人律師,其神經網絡建立在世界最大的10萬個法律問題數據庫上,能解答超過2000個問題。

  俄施瓦布集團公司下屬企業研發出一款3D眼鏡,集識別目標、判定所處方位及操控機器人等功能于一體,可顯著提高操控機器人的精度。

  無人駕駛方面,認知技術公司宣布成功研制出世界首臺4D雷達。與激光雷達不同,4D雷達可在惡劣的天氣條件下工作,創建道路場景的四維地圖并提高數據更新頻率,以更高的精度識別移動物體。

  韓國

  設立人工智能基金,開發軟體機器人和機械臂

  邰 舉

  信息通訊公司與智能手機企業聯手推出了使用物聯網技術的折疊式電動自行車“AIR i”;三星電子建立了人工智能專項基金“Q基金”。不過,也有國際著名學者質疑韓國科學技術院推進人工智能武器研究的做法。

  韓國大學團隊開發出使用仿真皮電子皮膚的軟體機器人,該電子皮膚在硅膠類物質中安裝芯片與電路,機器人可通過便捷的操作完成自由且連續的動作。韓國研究小組借鑒折紙技術成功開發出了可大幅伸長同時能夠保持強度的“加杰特”超級機械臂。

  以色列

  擴大無人機應用,開發聲音機器人

  毛 黎

  以公司通過實地飛行展示了其自主無人機“麻雀I”的能力,并認為隨著監管繼續放開,無人機在商業和工業市場中的應用范圍將大幅上升。

  以公司研發的“鸕鶿”單引擎無人駕駛電動飛行器公開亮相,并受到軍方青睞。該無人飛行器大小如同小卡車或面包車,采用螺旋槳起降和前行,能在復雜環境下執行救援任務。

  以色列公司推出的自動駕駛仿真系統,能夠幫助汽車制造商快速開發、測試、驗證其無人駕駛汽車,并讓它們安全上路。

  受蝙蝠啟發,研究人員開發的完全自主地形機器人能像蝙蝠一樣發出聲音并分析回聲,以識別、繪制和避開戶外障礙物。

  研究人員找到利用3D打印機生產不同形狀藥物膠囊的新方法。與傳統的膠囊相比,針對用戶特點的3D打印異形膠囊能被更有效地吸收。

  

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