2021年科技发展十大趋势——从预测到现实,我们共同见证

在共同走过了魔幻又曲折的这一年之后,我们下意识地就已经开始期待即将到来的2021年,人类如此,科技也如此。

过去20年,科技的发展之迅猛,足以让两个相邻的世纪变得界限明晰。大量新鲜的事物和有趣的技术不断进入生活之中,并快速被我们所熟悉。受益于科技和生产力的进步,纵使历史进程中曲折不断,但人类整体上还是朝着前进的方向发展。

未来一年,我们很可能要面对依然复杂、甚至充满不确定性的全球局势。这使得中国比以往任何时候更加需要科技创新以提供持久的增长动力,以及需要更加敏锐地判断出未来科技发展的方向,能够更早布局其中。

人有别于其他动物的根本之一,在于人具有更强烈的好奇心。人类对未来总是好奇的,虽然未来具体会发生的事情当下无法预料,但其趋势脉络仍是可以预测的。身处科技最前沿处的达摩院,刚刚梳理提出了2021年科技领域最重要的十个趋势,其中,既包含基础研究上的突破所带来的“原子动能”,也包括数字时代中正在不断发生的“比特跃迁”,还包括科技赋能生活模式带来的“场景重塑”。

相信从这些趋势预测中,我们不但能够了解科技最前沿的动向,亦能够感受到人类前行中最积极的一股力量,一如很多研究人员在努力用可以普惠大众的科技,去让世界变得更加美好,来消弭人与人的矛盾和分歧。

以下,我们将从不同领域去探讨,这些关于人类未来的科技趋势,将以怎样的内容一一在我们眼前展开。

原子动能

原子在微观层面组合并构造了我们眼中的宏观世界。千百年来,人们对原子的认知逐渐深入,不但精确地构建了原子的物理模型,还在微观层面做了大量技术探索,其中最重要的属半导体革命。

自1946年,首台现代电子计算机问世起,半导体革命就深刻地改变了这个世界。过去几十年中,半导体工艺水平按照摩尔定律指数发展,为世界各个角落的人提供澎湃的算力。基于这些过去梦寐以求的算力,人类得以创造了更加伟大的生产力,进入了数字时代。

如今,我们现代人的生活,甚至于学习和工作,都早已经离不开电脑和手机等智能计算设备的帮助。当下一台小小的智能手机中,就拥着有远比阿波罗登月火箭还要强亿倍的计算能力。

近些年,随着材料科学和加工技术的不断进步,在传统的硅基半导体材料外,第三代半导体已经逐渐打开并稳固应用市场。例如,SiC材料已经开始用于新能源汽车的逆变器,以提高电能转换效率,进而提升续航里程;GaN材料在手机快速充电器中也占据了半壁江山。

达摩院对此做出了更加专业可靠的预测,认为在未来5年,以氮化镓和碳化硅为代表的第三代半导体将迎来应用大爆发,将更加广泛地被用于5G基站、新能源、数据中心等场景。同时,达摩院还预测了碳基材料领域有望出现技术突破,加速柔性电子产品的发展——“碳时代”即将到来。

原子层面还有一项热门技术,那就是量子计算机。在量子计算的支撑理论刚刚问世时,所描绘的计算潜力如同天方夜谭般魔幻。通过人类对其几十载的不懈追求,终于让这项技术逐渐进入现实。

今年年底,中国科学家团队自主研发的九章量子计算机,继谷歌之后再次成功实现了量子霸权,在玻色采样问题上的运算效率远远超越了目前的超级计算机。虽然量子计算机在通用性和纠错上的技术方案尚不明朗,但人类已经取得的巨大进步,值得让我们的心态更加积极,相信这些技术道路上的问题终将会被一一克服。

而达摩院提出:在获得社会高度关注后,量子计算的研究需要证明自身的实用价值;业界需要聚焦“后霸权”时代的使命:协同创新,解决众多的科学和工程难题,为早日到达量子纠错和实用优势两座里程碑铺路奠基。

达摩院祈愿2021年量子世界协同和平,各个地区的科学家继续开放性研究,相濡以沫,携手合作 。

比特跃迁

1948年,信息论之父,克劳德·香农首次在数学上,严谨地定义了度量信息多少的单位——比特。如今,这个概念已经成为当今信息社会的柱石。

一个个简单的二元电平,汇聚成信息的汪洋大海,涵盖了人类的所有知识,是比特的力量让冰冷的硬件设备产生了具有温度的活力。达摩院基于自身在信息技术领域的雄厚实力和专业水平,结合当下信息时代发展现状,围绕着“比特”这个元素提出了四项科技趋势的预测。

图示:1994年,比尔盖茨拿着一张光盘,容纳了比他身下的所有论文更多的信息。

过去一年,人类倾尽全力投入新冠肺炎的疫苗研发,以超乎寻常的速度取得了惊人进展。在这个背景下,达摩院预测了AI将会有效提升药物及疫苗的研发效率。

今年12月,美国科学家团队就成功使用AI算法Alphafold预测了蛋白质折叠结构。通过软件的高水平自动化处理,大大节省了人力以及宝贵的时间,这能为研究人员进一步了解某一疾病发作原理和药物开发提供帮助。该成果大大震撼了传统的生命科学领域,让各领域的研究人员看见了AI的潜力。达摩院预测将会更多团队开始借助AI技术来提升疫苗和药物研发的效率和精度,节省研发成本,缩短时间周期。

在生物医学工程方面,达摩院预测脑机接口作为新一代的人机交互技术,有望取得积极进展。

去年马斯克就展示了一款精巧的原型设备,植入猪的大脑皮层后,可以感知到猪的脑电信息,并复原出猪的肌肉运动姿态。日后这项技术成熟后,人类便可以从更高维度去解析大脑的工作原理,实现大脑与外部设备的连接通信,甚至于可以用思维去控制机械。如果这一切能够实现,将是有史以来,人机交互最具颠覆性的一场革命,值得期待。

此外,达摩院还预测了随着数据计算的发展,面对海量数据和复杂场景,智能化手段将用于数据的处理和管理过程,实现数据管理系统的“自治与自我进化”。另一方面,云原生技术将助力开发者更高效地利用各类云计算资源,提升效率,拓展技术应用边界,让云能够赋能更多场景和用户。

场景重塑

普罗大众对科技之美的感知来源自科技造福生活。科技可以改造传统场景,通过场景重塑赋予生活更多新的趣味性和便利性,让人们体会到更多幸福。

在如今这个信息时代,科技对农业生产场景的赋能却有些滞后。另一方面,中国是个传统的农业大国,从事农业生产的人口众多,男女老幼都很关心种地这些事情,乃至于嫦娥登月都会探讨下月壤能不能种菜。

农业作为全国人民的“饭碗”,重要性无可比拟,但受制于种种原因,传统农业发展中长期存在着土地利用偏低,以及生产到销售脱节等问题。科技向善的愿景,许诺了科技对助力农业生产信息化的责任,这是所有具有社会责任感企业需要关注和考量的。

在新一年的科技趋势预测中,达摩院认为物联网、人工智能、云计算等为代表的新一代数字技术正在与农业产业不断融合,打通农业产业的全链路流程,成为智慧农业发展的核心关键。同时,通过5G、物联网、区块链等技术的应用确保农产品物流运输中的可控和可追溯,保障农产品整体供应链流程的安全可靠。

科技带来的场景重塑,不仅发生在农业生产中,也同步发生在工业制造和城市生活等领域中。

互联网、大数据、人工智能等技术与工业制造融合,产生了无数具备燎原之势的火花。疫情时期中,数字经济所展示出的韧性也让企业更加重视工业智能的价值。达摩院预测工业智能的发展趋势将从单点智能快速跃迁到全局智能,去打通产业链的上下游而非仅仅着力于一两家工厂,在包括汽车制造、消费电子等诸多领域发光发热。

另一方面,城市的生活方式也在高强度地经历着场景重塑。如今,城市的信息化水平大幅提升,切实提升了城市的治理效率和治安水平。然而,智慧城市的发展中也暴露出一些问题,许多智慧城市项目并未能有效运行,堆砌大量硬件,但却没能实际运转。因此,城市管理者在重新思考,更加看重智慧城市的实际效果。在这样的理念演进下,将城市数据进行汇总和共享,基于此打造智能决策的综合服务管理平台成为了关注点。

达摩院预测了,智慧城市的趋势是将更多地融入城市感知、政府和商业数据,在时间和空间维度下立体呈现城市运转的全貌,打造未来城市的数字基础设施,助力实现城市治理精细化。

著名科幻作家和科学家阿瑟•克拉克(ArthurClarke)曾在1962年《未来的轮廓》(ProfilesoftheFuture)一书中提出,“任何足够先进的技术,都与魔术无异”。

如今来看,克拉克几十年前的断言成为了现实。半个多世纪中,一项项如同魔术般玄妙和神奇的技术,以及大量夸张的技术预言,都正逐渐成为现实。

相信通过达摩院的这份十大科技趋势预测,能让我们对未来一年,乃至于人类的科技发展都充满更多信心。同时,通过理清当下重要的科技发展趋势,让我们能对未来能有更多可预期的能力。

期待着我们共同作为见证者,目睹更多酷炫有趣的科技从趋势变成现实。

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