孙富春：科技前沿及国家战略

本文整理自清华大学孙富春教授在“清华总裁班论坛”上的演讲实录。

什么是前沿科技？前沿科技就是基础理论和高技术领域中的那些具有前瞻性的、先导性的和探索性的重大理论和技术。这些技术引领着国家未来的发展，以及未来技术的更新换代，包括新兴产业的发展。
 
目前，世界前沿科技主要呈现出四个发展态势。
 
第一，科技创新的步伐在加快。2008年金融危机过后，西方国家都把发展重心移向了科技创新。经过这十年的积累，目前大家已经看到了以云计算、大数据、人工智能、物联网和机器人为代表的新技术在不断地发展和成熟，并且正在推动着第四次产业革命。目前世界各国提出的各项发展计划，实际上都是围绕着这五个新技术进行的。
 
第二，科技的影响力在不断加大，并且正在引领着新一代的革命。现在金融领域的发展模式发生了很大的变化，而且也在进一步推动相关的立法。现在金融里面的数据（包括用户的数据），通过立法，银行可以获取这些数据，有了这些数据以后可以降低成本，实现无人营业厅，也可以对这些金融风险进行评估。在军事领域，美国提出了“第三次抵消战略”，就是人工智能技术和无人系统技术的推动。在文化教育、医疗健康领域，也都正在发生巨大的变化。
 
第三，中国的科技话语权在增加。人工智能、量子计算、超级计算机等方面，我们都在国际上占有了重要的位置。2013年到2018年，中国在超级计算机领域一直处于垄断地位，2018年6月9号IBM公司的超级计算机超过了中国。到2021年，中国还会再次拿到超级计算的世界冠军，这就是天河3号。我们的量子计算领域发展也很快，已缩小与美国的差距。
 
第四，科技风险也在加大。中国现在的科技投入在全世界是第二位，跟美国相差并不大，比日本高出很多。2017年中国的科技投入达到了4295亿美元，美国是5274亿美元，这个差距已经大大缩小了。美国的科技政策也发生了巨大变化，特别是特朗普总统上台以后。特朗普想建立以美国为主导的新的贸易体系，想要把WTO废除掉。我觉得这个问题还得观察，并不很乐观。
 
人工智能引领的第四次产业革命
 
工业5.0，引领的就是人工智能技术，也叫奇点革命。我们特别希望人工智能技术引领的科技革命发生在中国，并以此来推动中国的未来发展。中国现在处于中等发达水平，必须找到新的增长点和驱动力才能引领经济的继续发展。
 
生物领域。有两个比较重要的技术，一个是美国科学家已经绘制出首张人类脑电波的连接全图，揭示记忆的形成机理；第二个是美国研究人员已开发出“碱基编辑”新技术，可以纠正DNA和RNA中的基因突变；全球首例人体内基因编辑试验成功；基因疗法获得美国FDA批准上市等。比如，有的人天生有癌症或糖尿病的基因，这种基因编辑技术可以通过编辑修改遗传的疾病基因。基因编辑技术是未来人生命健康里面非常重要的一个技术，它与类生命材料技术的突破性发展可能使人的生命周期再向上跳上一个台阶。
 
能源领域。现在也在发展新的能源技术，以摆脱对不可再生的石油的依赖。
 
航空领域。这两年无人机技术发展得也非常快。我们国家这方面也做得很好，比如翼龙无人机、大疆无人机。
 
制造领域。比如金属打印技术、机器人技术、新能源材料、新的结构材料，具有记忆能力的材料技术，以及量子芯片的发展。
 
海洋领域。比如，可燃冰的开采技术、深海技术等。
 
科学领域。人类首次探测到来自双中子星合并的引力波。三位美国科学家也因探测引力波获2017年诺贝尔物理学奖。通过引力波，我们可以了解宇宙的演化规律。人类希望实现星际探险，但是星际探险需要一个基准，而脉冲星信号就提供了这样一个基准。
 
人工智能领域。这几年发展最快的就是以机器下棋为代表的人工智能的发展，从AlphaGo到了AlphaGo Zero。
 
信息领域。一个比较重要的突破就是IBM公司研制出50位量子比特的量子计算机原型机另外，因特尔公司也推出17个量子位的超导量子芯片。这些技术的高速发展有可能会促使量子技术和人工智能技术的结合。
 
通讯领域。大家都知道的5G标准，在这方面我们中国是比较有优势的。
 
材料科学领域。面向智能、健康、能源、海洋等领域的新材料、超材料快速发展，一些理论上推测的物质材料首次得以合成。首次合成时间晶体（美国），首次合成量子金属，首次获得金属氢。
 
另外，企业的科技实力也在逐步增强。过去，很多科技实力雄厚的企业、跨国公司都是美国的。而今天，我们国家也诞生了很多这样的公司，比如腾讯、百度、阿里巴巴、华为等等这样一些超级公司。

科技发展的另一面
 
科技在给我们带来便利的同时，也会带来种种负面的影响。比如，一种可以伪造真人视频的人工智能技术出现了。2017年7月，美国华盛顿大学开发出“可伪造真人视频”的人工智能技术，可将音频文件转化成真实的口型并嫁接到视频中特定人的脸上，生成难以辨别真伪的伪造视频。再比如，金融领域里不留痕迹的信息窃取技术。
 
还有，基因编辑技术在给我们带来健康的同时，利用基因编辑技术完全可以制造生物武器，它对人类是有害的，所以基因编辑技术是需要限制的。我们今天谈四大安全，空天安全、生产安全、信息安全和生物安全，生物安全目前在四大安全里面是很重要的部分，细菌武器和生物武器的制造都非常有可能，必须引起重视。
 
2018年十个突破性技术
 
2018年2月21日，《麻省理工科技评论》（MIT Technology Review）正式揭晓了2018 年“全球十大突破性技术”。
 
1、3D金属打印。现在3D打印的材料基本都是塑料，只不过硬度更高一点而已。但是在金属上打印，现在的3D打印机是做不到的。而这个技术恰恰又是非常需要的（现在都是铸造），这种新技术直接可以在金属上打印，制造出强度达到传统工艺两倍的不锈钢。
 
2、人造胚胎。英国剑桥大学的胚胎学专家利用单个干细胞培养出了逼真的小鼠胚胎，不需要卵子和精子的合成，并且他们将这些细胞放在一个三维支架上面观察，发现细菌细胞之间可以相互交流，并排列成几天大的小鼠胚胎的形状。
 
3、感知城市。在我国也叫智慧城市。整个城市有大量的安防系统（就像今天国家的天网计划）、自动的配送系统、无人驾驶系统、家庭使用的机器人、家庭电器的自动化管理等等。
 
4、共享AI（面向所有人的人工智能）。这个智能实际上是在云端的智能，你可以随时随地通过你的手机享用这种智能，包括在云端开放的算法。可以说，它是一种透明的、无处不在的智能。
 
5、对抗式人工智能。我们已经在机器人灵巧操作中应用了这种技术。讲一个例子，我们现在的机器人可以做一些非常灵巧的抓取动作，怎么实现呢？就是让人去做抓取动作，由于人做抓取动作是最灵巧的，将人操作的经验直接传给判别器。而通过生成器产生操作的动作序列，也传给鉴别器。鉴别器判别这些信号里面哪些是人产生的，哪些是机器产生的。通过拟合人类专家经验来优化奖励函数，最后得到一个能够生成符合人类专家操作的生成器，从而实现模仿人类操作的目标。这种方法不光可以用在机器人的灵巧操作上，还可以用在生成图像上，生成器将非常善于产生图像，导致鉴别器无法判断哪些是真实图像，哪些是假的，做到以假乱真的效果。
 
6、巴别鱼耳塞。这个耳塞其实就是一种人工翻译系统。比如，我到法国，我只懂英语不懂法语，我和法国人交流，法国人讲的是法语，但通过耳塞我听到的全是英语。
 
7、零排放的天然气技术。针对天然气发电厂的新工程学的方法，将二氧化碳以廉价、高效的方式回收再利用，节省能源，同时也避免了温室气体的排放。
 
8、完美的在线隐私技术。将来在交互过程中，不用再担心个人信息被别人盗取了。
 
9、遗传预测。孩子出生后，通过DNA的测序就可以知道这个孩子哪些方面存在问题，比如他一生当中可能容易得什么样的疾病，以及预测他的智商等等。
 
10、量子材料的发展。量子计算机如何带来材料的“量子飞跃”？具体在材料研发领域，最大挑战是在分子建模中计算化合物的基本能态，即必须模拟出每个原子内电子与其他原子的相互作用。用传统计算机模拟这些分子结构要消耗大量能量，且随着分子内原子数增加，模拟愈加困难。相反，量子计算机在模拟这些具有量子特性的分子结构方面有天然优势。
 
科技竞争——国家战略
 
科技竞争就是一个国家战略。其实分析这次中美贸易战的核心，美国的目的就是阻止中国的发展，而阻止中国发展的唯一的方法就是阻止中国的创新。
 
创新是一个民族的灵魂，自主创新是国家的核心竞争力。我本人过去在国家的863专家组，现在国家重点中美研发计划机器人总体专家组，我们经常讨论这样一个问题——中国人没有独立思考能力吗？有，但是我们最缺少的是独立的执行力，没有坚持做下去。
 
比如CPU的研发，其实我们在80年代就已经做出了“386”，当时“386”的芯片就是两块，成本比较高。最后大家说国外的CPU便宜多了，我们这一块的价格能买国外的好几块了，结果就没有继续做下去。

其实李政道也讲过，“人类文明这样巨大的进步，从源头上来讲，应该归功于基础科学的发展。”
 
这一届政府就更重视创新了，不是因为贸易战我们才重视创新。习总书记在中国科学院第十七次院士大会、中国工程院第十二次院士大会上就谈到了创新问题，他说“我国科技发展的方向就是创新创新再创新”，他一连说了三个“创新”。
 
我们中国人总是用一个指标代替综合指标，大家经常互相帮忙，把单个指标搞上去，而不是一个综合指标。讲个最简单的例子，你的某项指标做到了跟美国的某类产品一样，可人家卖3元，你卖了6元，人家能运行5万小时，你只能运行1万小时，这里某个指标就不合适。
 
我觉得我们国家的科学家还有一个很大的问题，就是缺少坚守的能力。一个人稍微出点小名气就想当官，这是危害我们国家科技创新的一个大问题，（这些人）没有很好地在一个方向把它坚持不懈地做下去。
 
其实大家可以看到，我们国家的“十三五”规划，包括“十九大”报告，哪个不在讲创新？“十九大”报告明确讲出，“瞄准世界科技前沿，强化基础研究，实现前瞻性基础理论和引领性原创的重大突破。”习总书记在很多场合的讲话中，都有“创新”这两个字。

从社会发展再到战争，哪一个不是技术在推动呢？未来战争就是人工智能引领的智慧战争。国外非常重视科研成果的集成，而我们的科技发展还存在碎片化问题，就是说一个科研项目分散在各家（单位）进行，最后各家的科研成果就成了各家（单位）的了。国外的做法就不一样，比如美国有国家实验室，美国没有科技部只有一个总统科学技术委员会，所有的工作都在多个国家实验室展开，最后的成果集成都在国家实验室。我们国家也正在探索国家实验室的科研体系。