A06:科创昆山·探索
     
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~~~——2018年世界科技发展回顾(下)
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跨界联合渐成趋势 行业布局合纵连横
——2018年世界科技发展回顾(下)
  信息技术

  ■ 美国:先进计算加速发展,新型元件成绩斐然

  量子计算方面,英特尔公司2018年1月宣布开发出49量子位测试芯片Tangle Lake。此后科学家不断推出新研究成果:证明“自旋—光子强耦合”可让单独量子比特相互作用、制造出可作量子中继器的有瑕人造钻石、构建模块化量子计算架构关键组件、开发出使碳纳米管成为量子单光子源的方法等,有力推动了量子计算系统的开发。美国国家科学技术委员会2018年9月发布《量子信息科学国家战略概述》,志在推动量子信息科学加速发展。

  超级计算机方面,“顶点”和“山脊”两台计算机在最新一期全球超级计算机500强榜单中分获冠、亚军,极大增强了美在超算竞争中的底气;能源部2018年4月推出耗资18亿美元的百亿亿次级超级计算机开发计划,更表明美追求超算领域国际领导地位的决心。

  此外,美科学家在计算机元器件研发方面也成绩斐然。可将数据中心带宽提高10倍的光电子芯片、具有精准分发光信号能力的硅芯片、基于内存计算技术的AI芯片、可同时存储和处理信息的记忆晶体管等新型元器件的问世,为新型计算机开发打下了坚实基础。

  ■ 日本:量子技术全面进步,存储理论有新突破

  大阪大学、NTT和东京大学的研究小组首次验证了由冷却原子构成的量子存储器与光纤网络构成可通信波段光子的量子网络。该研究成果展示了一条实现量子中继的新道路,为实现量子网络的远程化开辟了新途径,具有抵御利用量子计算机实施的黑客攻击能力的新一代量子密码安全通信又向远程化迈出了一步。

  横滨国立大学利用金刚石中氮空位中心的电子和核子的自旋作为量子比特,全球率先成功实现了室温下完全无磁场的条件下的万能量子门操作。这种独特的量子比特完整量子门操作被命名为几何学量子比特,能以更高的速度进行高精度运算。

  日本理化学研究所和北海道大学等组成的联合研究小组,发现在没有外部磁场的状态下也会产生磁涡旋,并查明了磁涡旋的形成机制。科学家有望以此为基础,研发以磁涡旋为信息载体的磁存储单元。

  ■ 德国:量子计算重点发力,基础研究瞄准未来

  2018年,德国在量子计算机领域又有新的进展,康斯坦茨大学领衔的团队开发出了一种基于硅双量子位系统的稳定的量子门,这项研究成果被称为通向量子计算机的里程碑;弗劳恩霍夫应用固体物理研究所开发出了一种微磁场下应用的量子传感器,可用于未来计算机硬盘识别。

  在信息技术基础研究领域,卡尔斯鲁厄理工学院的研究团队开发出了完全由金属构成的单原子晶体管,为未来信息技术开辟了新的应用前景;凯泽斯劳滕技术大学科学家首次展示了如何在集成振幅回路中使磁子形成电流,这一研究打开了未来磁子芯片的大门。

  ■ 英国:拟建5G测试平台,超级计算模拟人脑

  2018年9月,英国政府宣布,将以西米德兰兹地域的伯明翰、考文垂、伍尔弗汉普顿3个城市为中央,设立相关测试平台,以建设较大规模的5G试点网络。

  11月初,英国曼彻斯特大学科学家激活了世界上最强“大脑”——一台拥有100万个处理器内核和1200个互连电路板的超级计算机,它能像人脑一样运作,是迄今最准确模拟人脑的超级计算机。

  ■ 韩国:基础设施位居前列,技术研发多有亮点

  信息技术是韩国的优势领域。韩国的信息技术基础设施继续位居前列。2018年年初平昌冬奥会之前,韩国建成了大规模5G试验网络,预计于2019年初期实现商用化,这一计划进展迅速。

  在量子计算领域,韩国学者开发出一种量子弱测量方法,克服了海森堡不确定原理的限制,可以有效应用于量子计算机的运算过程。韩国企业成功研发出处理器“Exynos9”,其搭载了借鉴人类大脑结构的新概念人工智能芯片,可用于手机终端并行处理大量多媒体数据。韩国开发的广视角全息图像技术将信息储存量提升了100倍。

  ■ 以色列:网络安全齐头并进,无人驾驶安全先行

  以色列证券管理局表示,其已开始使用区块链技术应对网络安全挑战。信息公司塔尔多经过3个月时间开发出管理局所需的区块链软件系统。以美两国研究人员开发出可从包括“脸书”和“推特”在内的大多数社交网上发现假账户的通用方法,其在网络安全等领域具有广泛的应用潜力。

  为应对汽车电子系统安全性面临的挑战,以色列Arilou公司研发的并行防侵入系统(PIPS)能够通过主动拦截来自汽车被“黑”电控单元的恶意指令,保护车辆整个网络的安全;GuardKnox公司借助战机和防空导弹系统的安全理念,为车辆提供了自动安全保护措施,在确保正常通信的同时,阻止包括网络攻击在内的任何不当信息的传递。

  ■ 俄罗斯:量子计算蓄势待发,超级计算获得突破

  2018年,俄加大对量子计算机和量子通信技术的研发力度:2月在索契召开的“2018俄罗斯投资论坛”期间,俄对外经济银行、VEB创新公司、前景研究基金会、莫斯科国立大学和非营利组织“数字经济”签署协议,计划在5年内研制出50个量子比特的量子计算机;莫斯科物理技术学院科研团队选取碳化硅作为量子发射材料,研发出新型量子发射器,每秒可发射几十亿个单量子,可保证G量级的比特传输速度,未来可用于构建信息安全性更高的量子通信网络。

  超级计算机方面,俄杜布纳联合核子研究所3月建成了新型超级计算机“格沃伦”,其理论浮点运算峰值为每秒1000万亿次(单精度)或500万亿次(双精度)。

  ■ 乌克兰:信息产业老骥伏枥,智能监测威力强劲

  乌克兰国家航空大学2018年7月研发出一款新型智能监测接收系统。该智能监测接收系统可查找和设置辐射源参数,在规定频段内对无线电信号的使用进行监测,确定来自不同发射器的接收点处的场强;测定散热器的参数和辐射源的坐标,识别散热器、辐射源类型;监测雷达站、指导站、飞机与机场通信设施的无线电信标等。该系统还可进行GSM、GPRS和CDMA通信,对流层散射和卫星通信以及民用无线电、电视信号通信等。根据乌方发布的信息,该设备具有质量轻、功耗低、信号分析速度快、准确性高且便于携带的优势。

  人工智能与

  先进制造

  ■ 美国:AI应用扩大需警惕风险,3D打印技术潜力可期

  2018年美国在人工智能领域依然占据全球领先地位,科学家开发出多种新算法,达成创建“可视化”人工神经网络、追踪动物运动及行为、识别地震后余震出现地点、预测基因组修复结果等目标,逐步推动人工智能向前发展。同时,人工智能应用范畴逐渐扩大,尤其是在医疗领域,食品和药物管理局首次批准利用人工智能的医疗设备上市销售,让人们对医疗领域人工智能应用充满期待。而2000多名人工智能领域专家共同签署《禁止致命性自主武器宣言》,揭示人工智能发展可能带来的道德及现实风险,则再次警示世人应理性发展人工智能。

  借助新材料、人工智能等技术的进步,3D打印为代表的先进制造技术稳步发展。《增材制造标准化路线图2.0版》的推出,为美制定相关技术标准奠定坚实基础。而可直接在皮肤上进行3D打印的技术的出现,可跟踪和存储使用方式的3D打印器件的研发,以及3D打印生物工程脊髓、磁活化材料等成果,都表明3D打印技术潜力仍在。此外,利用光热合成石墨烯纳米带、利用声波制造超微型光二极管、从聚合物化学反应中获取能源制造聚合物等新技术的出现,为美未来先进制造进一步发展奠定了基础。

  ■ 德国:“工业4.0”战略持续推动,制造业更智能更高效

  智能制造在汽车工业的应用是德国工业4.0战略的重要领域,2018年在联邦教研部的资助下,学院、科研院所与企业合作,在大学内创建了研发园ARENA2036,探索汽车先进制造和轻质结构及测试问题。未来的制造将不再是同质和线性,工厂需要满足更多个性化的需求。

  德国弗劳恩霍夫协会所属研究所研发的ANNIE移动操作平台适用于人与机器人协作的复杂生产场景,该平台具有感知、导航、安全、软件架构和交互等功能,拥有认知能力的机器人可以独立地执行任务。

  为了降低能耗,提高设备使用效率,弗劳恩霍夫研究所IFF开发了可分析预测电负荷曲线的方法“FlexChem”,通过软件的分析和高峰负荷预测,可大大降低制造成本,并能在利用可再生能源时确保电网的稳定性。

  ■ 日本:验证AI设计材料实用性,制成低噪音有机晶体管

  2018年3月,富士通株式会社和日本理化学研究所宣布,他们的联合研究小组在材料设计中应用第一原理计算与人工智能技术,对全固态锂离子电池的固体电解质组成实施了预测、合成与评价试验,并进行了实际验证。此外,水户市与NEC启动实验,利用人工智能提高办公效率和加强内部治理。

  日本东北大学等确立铁—镓(Fe—Ga)单晶板材的低成本量产技术。作为磁致伸缩材料之一的铁—镓单晶是一种非常优异的能量转换材料,是小尺寸、高输出和高灵敏度的振动发电元件的基础材料。振动发电如果走向实用化,就能实现不使用纽扣电池和干电池的无线通信模块,便利性将大幅提高。

  东京大学将有机半导体制成墨水,利用印刷技术,成功制作出了全球噪声最低的有机晶体管,有望提供实现物联网社会所需的低成本、高灵敏度传感器件。

  ■俄罗斯:拓展人工智能应用,4D雷达用于无人驾驶

  俄科学院科拉科学中心建立了矿物成分评估人工神经网络,通过学习,神经网络仅凭矿样的化学成分即可确定其矿物成分,并自动生成三维矿产资源图;俄罗斯和以色列合作,使用人工智能来准确诊断和治疗心律不齐;俄法律从业公司推出基于人工智能的机器人律师,其神经网络建立在世界最大的10万个法律问题数据库上,能解答超过2000个问题。

  俄施瓦布集团公司下属企业研发出一款3D眼镜,集识别目标、判定所处方位及操控机器人等功能于一体,可显著提高操控机器人的精度。

  无人驾驶方面,认知技术公司宣布成功研制出世界首台4D雷达。与激光雷达不同,4D雷达可在恶劣的天气条件下工作,创建道路场景的四维地图并提高数据更新频率,以更高的精度识别移动物体。

  ■ 韩国:设立人工智能基金,开发软体机器人和机械臂

  信息通讯公司与智能手机企业联手推出了使用物联网技术的折叠式电动自行车“AIR i”;三星电子建立了人工智能专项基金“Q基金”。不过,也有国际著名学者质疑韩国科学技术院推进人工智能武器研究的做法。

  韩国大学团队开发出使用仿真皮电子皮肤的软体机器人,该电子皮肤在硅胶类物质中安装芯片与电路,机器人可通过便捷的操作完成自由且连续的动作。韩国研究小组借鉴折纸技术成功开发出了可大幅伸长同时能够保持强度的“加杰特”超级机械臂。

  ■ 以色列:扩大无人机应用,开发声音机器人

  以公司通过实地飞行展示了其自主无人机“麻雀I”的能力,并认为随着监管继续放开,无人机在商业和工业市场中的应用范围将大幅上升。

  以公司研发的“鸬鹚”单引擎无人驾驶电动飞行器公开亮相,并受到军方青睐。该无人飞行器大小如同小卡车或面包车,采用螺旋桨起降和前行,能在复杂环境下执行救援任务。

  以色列公司推出的自动驾驶仿真系统,能够帮助汽车制造商快速开发、测试、验证其无人驾驶汽车,并让它们安全上路。

  受蝙蝠启发,研究人员开发的完全自主地形机器人能像蝙蝠一样发出声音并分析回声,以识别、绘制和避开户外障碍物。

  研究人员找到利用3D打印机生产不同形状药物胶囊的新方法。与传统的胶囊相比,针对用户特点的3D打印异形胶囊能被更有效地吸收。

  (科技日报)

     
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