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《科学》杂志公布2019年科技领域十大突破
发布日期:2019-12-27 阅读次数: 字体大小:

《科学》杂志近日公布了2019年科技领域十大突破,摘得桂冠的是黑洞图像的首次绘制。量子霸权和AI掌握多人扑克也均位于十大突破之列。《科学》杂志每年都会评选出当年科技领域最为重要十大突破,而这些突破往往也预示着之后技术发展的方向,具有较高的参考价值。

01

史上第一张黑洞图像

今年4月,在一个名为“视界面望远镜”(EHT)的国际合作项目中,百余名科学家利用分布于全球不同地区的8个射电望远镜,组成了一个直径相当于地球直径大小的“超级望远镜”,经过两年多的观测,通过庞大的数据分析和研究,最终得出了M87星系中黑洞的图像,这也是人类历史上第一次真正观测到黑洞的“面貌”。该黑洞距离地球5500万光年,质量为太阳的65亿倍,这张图像对当下黑洞的探索以及众多物理学研究都有重要的意义。

 

02

科学家复原人类祖先Denisovan相貌

科学家对Denisovan女孩的相貌复原利用了其基因组的甲基图谱,这是一种可以显示基因表达的化学变化如何影响身体特征的图谱。他们据此第一次描绘出了Denisovan女孩的外貌,她的小指骨骼的DNA可以帮助推出人类遗传图谱的新分支。根据图像来看,Denisovan女孩额头低,下巴突出,其整体解剖结构与尼安德特人非常相似。

 

03

谷歌量子霸权

今年9月,谷歌的物理学家声称实现了量子霸权,他们通过量子计算机可以在3分20秒完成全球第一超算花费10000年才能完成的任务。

尽管后来IBM提出异议,在改进算法的情况下,超算在2.5天内也可以完成任务,但谷歌的突破仍然被广泛赞誉为一项重大成就。

据了解,量子计算机利用了量子比特具有量子叠加态的特性。传统计算机每比特非0即1,而在量子计算机中,每个量子比特可以以处于即是0又是1的量子叠加态,如果有10个量子比特,那么传统计算机需要计算2^10=1024次的任务,量子计算机只需要计算1次。

这样强大的量子计算能力,在航空航天、地理气象的预测和生物医学的复杂分子建模等领域都有着极高应用价值。不过,量子计算时代虽然已经来临,但能够解决实际问题的量子计算机仍然需要数十年的时间才能与我们见面。

 

04

肠道新生物补品可改善新生儿营养不良

今年一个国际医学团队推出了肠道微生物补品,可以优先刺激有益的肠道细菌生长。经过临床试验,接受补剂的儿童体内处于正常范围的血液蛋白和代谢产物都更多,是否可以改善发育情况还有待长期观察。这一研究可能为每年数百万因肠道微生物问题导致营养不良的儿童提供可行的解决方案。

05

6600万年前小行星撞击后的影响结果

6600万年前,在一颗巨大的小行星撞击地球后,世界上76%的物种(包括大型恐龙)都消失了。但是它们到底是如何死亡的,何时死亡以及生态系统恢复的速度如何都尚不清楚。现在,科学家通过对墨西哥尤卡坦半岛行星撞击影响地点提取的沉积物核心和美国部分地区发现的一些丰富的化石,对这一灾难的后果和影响又有了更进一步的认识,例如气候如何变化和生物怎样演变等。

 

06

NASA观察到太阳系早期残余物具体结构

今年1月,美国国家航空航天局(NASA)的“新视野号”(New Horizons)飞船完成了对小行星“Arrokoth”的探测,Arrokoth是人类探测器造访过的最遥远天体,也是太阳系中最古老的小行星之一。根据观测结果来看,它形状不规则,颜色偏红,温度极低,由两个球形部分组成。当时新视野号距离Arrokoth仅有3500公里,该小行星直径大约是45公里,距离地球大约64亿公里,轨道周期约为293年。

 

07

日本培育深海微生物可揭示真核生物起源

日本科学家2006年从南海海底找回了沉积物岩芯,经过12年的培育和研究,今年他们终于培育出名为Prometheoarchaeum syntrophicum的微生物,这种微生物是Asgard古细菌的一种,通过对其基因组进行测序和研究,有助于研究真核生物起源的问题,而人类就是其中之一。

 

08

科学家研究出针对囊性纤维化的药物

今年10月,囊性纤维化(CF)病例的有效治疗方法获得批准,这对基于基因的药物研究有着里程碑式的意义。这种被称为Trikafta的三药物组合治疗方法可以将90%的囊性纤维化病人的疾病转变为更易于控制的慢性疾病。Trikafta是自CF基因CFTR被发现以来,经过30年研究才得到的产物。

09

发现可显著降低埃博拉病毒死亡率抗体

今年,在刚果史上最致命的一次埃博拉病毒疫情爆发中,科学家们最终确定了两种可显着降低该病死亡率的药物。两者都是抗体,一种是从1996年埃博拉疫情的幸存者中分离出来的,另一种是在具有人源化免疫系统的小鼠中产生的三种抗体的混合物。在一项将四种不同药物相互对抗的随机试验中,接受这两种药物之一的患者中约有70%幸存,而使用其他两种药物中的任何一种的患者中约有50%存活了下来。埃博拉病毒威胁出现40多年后,世界终于为应对这种病毒做好了准备。

 

10

AI掌握多人扑克

今年,AI在最受欢迎的“无限注德州扑克”中击败了一些世界顶级玩家。它的里程碑意义在于这是AI首次在多人竞赛中获胜,并且在这些比赛中,AI对游戏信息的掌握都是不完全的。

2016年,谷歌的AlphaGo击败了人类围棋世界冠军。但扑克游戏却提出了更严峻的挑战,因为玩家看不到对手的牌,因此信息有限。2017年,科学家研发的AI程序已经可以在双人扑克游戏中取得一定出成绩。如今,AI已经在完整的多人游戏中击败了世界一流的玩家。

通过自我进行1万亿场比赛,他们的程序Pluribus开发出了针对各种情况的基本策略,据了解,Pluribus在游戏中利用了纳什均衡法(Nash equilibrium),得出在给定情况下的最有效方法。值得一提的是,该AI运行只需要一个具有64个处理器的单个服务器。(AlphaGo需要超过1200处理器)

AI开发人员在游戏领域的探索远未结束。扑克方面仍有改进的空间,尽管Pluribus目前已经小有成就,但它仍然无法根据对手的特殊弱点来调整策略。并且,AI远未掌握一些更复杂的游戏。