科技日?qǐng)?bào)記者 張夢(mèng)然
于歲末回望2024年世界科技發(fā)展，我們仿佛看到了由人類智慧光芒串起的星河。從腦機(jī)接口的震撼到Sora的驚艷，從嫦娥六號(hào)的輝煌到CAR-T療法的革新，從古基因組的恢弘到量子芯片的非凡……這一年，科技不僅是冰冷的數(shù)據(jù)與公式，它更是一首溫暖人心的詩(shī)篇，是跨越時(shí)空、連接未來(lái)的橋梁。
1.全球最大古人類基因庫(kù)創(chuàng)建
在遙遠(yuǎn)的過(guò)去，當(dāng)冰河尚未完全退去，人類的故事已經(jīng)在西歐和亞洲的大地上悄然展開(kāi)。時(shí)間快進(jìn)到今天，一群來(lái)自世界各地的175位科學(xué)家集結(jié)成一支非凡的探險(xiǎn)隊(duì)。他們肩負(fù)著揭開(kāi)古老秘密的使命。這支隊(duì)伍的目標(biāo)是解開(kāi)那些埋藏在34000年前的骨骼與牙齒化石中的遺傳密碼——這些珍貴的遺物屬于曾經(jīng)在這片土地上生活過(guò)的近5000名古人。
隨著研究的深入，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了一幅比任何人想象中都要復(fù)雜的人類遷徙圖景。就像一條由無(wú)數(shù)細(xì)流匯聚而成的大河，古代人類帶著他們的基因跨越了山川湖海。其中一些基因竟然攜帶著可能導(dǎo)致現(xiàn)代疾病的秘密；另一些保護(hù)古人免受傳染病侵害的獨(dú)特基因優(yōu)勢(shì)，仿佛是一道古老的防線，在歲月長(zhǎng)河中默默守護(hù)著人類。
令人驚奇的是，科學(xué)家找到了那些隱藏在歷史深處的遺傳標(biāo)記。它們像是被時(shí)間遺忘的信使，攜帶著關(guān)于阿爾茨海默病、Ⅱ型糖尿病等疾病的早期信息。每一個(gè)新發(fā)現(xiàn)都是對(duì)過(guò)去的一次致敬——通過(guò)了解祖先留給的遺產(chǎn)，我們可以更好地面對(duì)今天的挑戰(zhàn)，并為后代鋪就更健康的道路。
故事并未就此結(jié)束。這些基因密碼，未來(lái)會(huì)進(jìn)一步揭示人們健康狀況背后的遺傳線索，穿越時(shí)空幫我們找到理解自身、改善生活的寶貴知識(shí)。古老DNA不僅連接了過(guò)去與現(xiàn)在，也為未來(lái)點(diǎn)亮了一盞明燈。
2.首例腦機(jī)接口設(shè)備人體移植完成
腦機(jī)接口技術(shù)描繪了一幅未來(lái)醫(yī)療的美好畫卷。它展示了人類科技的水平和力量，也傳達(dá)著對(duì)生命的尊重和關(guān)愛(ài)。
1月29日，美國(guó)企業(yè)家埃隆·馬斯克在其社交媒體平臺(tái)X上宣布，他旗下腦機(jī)接口技術(shù)公司“神經(jīng)連接”成功進(jìn)行了首例腦機(jī)接口設(shè)備的人體移植手術(shù)。移植者恢復(fù)情況良好，初步結(jié)果顯示神經(jīng)元尖峰檢測(cè)具有積極前景。
這次手術(shù)標(biāo)志著腦機(jī)接口技術(shù)的一個(gè)重要進(jìn)展。神經(jīng)元尖峰檢測(cè)是指能夠識(shí)別和記錄大腦中單個(gè)神經(jīng)細(xì)胞的電活動(dòng)，這對(duì)于理解大腦如何處理信息至關(guān)重要。如果這項(xiàng)技術(shù)能夠準(zhǔn)確地解碼這些信號(hào)，它可能為開(kāi)發(fā)新治療方法提供基礎(chǔ)，特別是針對(duì)那些影響運(yùn)動(dòng)或語(yǔ)言功能的神經(jīng)系統(tǒng)疾病。
不過(guò)，盡管初期結(jié)果令人鼓舞，腦機(jī)接口技術(shù)仍處于早期發(fā)展階段，未來(lái)還需要更多的研究和臨床試驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證其安全性和有效性。科學(xué)家將繼續(xù)監(jiān)測(cè)移植者的健康狀況，并對(duì)設(shè)備性能進(jìn)行評(píng)估，以確保長(zhǎng)期的安全性和功能性。
3.OpenAI公司文本-視頻程序Sora驚艷全球
Sora在今年融入了我們的生活。它帶來(lái)的影響遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出這項(xiàng)技術(shù)本身。
Sora是OpenAI公司推出的文本-視頻程序。它宛如一位魔法師，只需一段簡(jiǎn)單的文字描述，就能編織出如好萊塢大片般逼真且充滿想象力的視覺(jué)盛宴。它不僅僅是一款工具，更被視為一個(gè)“數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的物理引擎”，能夠?qū)⑷祟惖南胂蠡癁橛|手可及的畫面。
Sora對(duì)人類世界的理解和描繪，尚有很多不足。而人類對(duì)它的到來(lái)，已有了復(fù)雜的情感——這款技術(shù)仿佛是一把雙刃劍，既帶來(lái)了希望的光芒，也投下了陰影。
不少科學(xué)家歡呼雀躍，他們看到了Sora背后蘊(yùn)含的巨大潛力。這不僅是一個(gè)技術(shù)上的飛躍，更是對(duì)未來(lái)創(chuàng)造力的一次解放。有了Sora的幫助，電影制作、藝術(shù)創(chuàng)作乃至教育領(lǐng)域都將迎來(lái)革命性的變化。它可以成為藝術(shù)家手中最得力的助手，讓那些曾經(jīng)只存在于腦海中的奇思妙想，瞬間變?yōu)榱钊藝@為觀止的影像作品。
然而，并非所有人都對(duì)此感到樂(lè)觀。一些人擔(dān)心Sora強(qiáng)大的功能可能會(huì)被別有用心的人利用，制造深度偽造視頻，從而加劇錯(cuò)誤信息和虛假內(nèi)容的泛濫。這樣的技術(shù)無(wú)疑會(huì)帶來(lái)新的挑戰(zhàn)，迫使社會(huì)重新思考如何界定真實(shí)與虛構(gòu)之間的界限。
我們站在一個(gè)新的起點(diǎn)上，既期待著它能打開(kāi)一扇通往無(wú)限可能的大門，又謹(jǐn)慎地審視著每一個(gè)選擇，確保這一強(qiáng)大工具能夠造福于人類，而不是成為破壞和諧的利器。
4.最大神經(jīng)形態(tài)計(jì)算機(jī)研制成功
這臺(tái)機(jī)器是對(duì)人類大腦復(fù)雜運(yùn)作方式的模仿和致敬。
4月17日，英特爾公司宣布成功研制出世界上最大的神經(jīng)形態(tài)計(jì)算機(jī)“Hala Point”。這款計(jì)算機(jī)宛如一顆人造大腦，包含了11.52億個(gè)人造神經(jīng)元，分布在1152個(gè)Loihi 2芯片上，每秒能進(jìn)行380萬(wàn)億次突觸操作，展現(xiàn)了前所未有的計(jì)算能力。
Hala Point通過(guò)模擬人腦處理和存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。英特爾公司希望這一創(chuàng)新能大幅提高AI模型的效率和能力。因?yàn)樗麄兪褂萌斯ど窠?jīng)元來(lái)執(zhí)行存儲(chǔ)和計(jì)算功能，數(shù)據(jù)就不再需要在各個(gè)組件之間來(lái)回穿梭，從而實(shí)現(xiàn)了更高的能源效率。
在運(yùn)行優(yōu)化問(wèn)題時(shí)，Hala Point耗費(fèi)的能源僅為傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)的百分之一。這意味著它不僅速度更快，而且更加環(huán)保。想象一下，計(jì)算機(jī)不僅能像人類一樣思考，還能以極低的能量消耗完成復(fù)雜的任務(wù)，這不僅僅是技術(shù)上的突破，還是對(duì)未來(lái)可持續(xù)發(fā)展的承諾。
在這個(gè)追求更快、更強(qiáng)、更節(jié)能的時(shí)代，Hala Point代表著一個(gè)全新的起點(diǎn)。它不僅挑戰(zhàn)了現(xiàn)有計(jì)算機(jī)架構(gòu)的極限，也為AI的發(fā)展開(kāi)辟了新的道路。
5.分子玻色-愛(ài)因斯坦凝聚態(tài)首次形成
分子玻色-愛(ài)因斯坦凝聚態(tài)（BEC）的實(shí)現(xiàn)，是人們向著那片神秘而又迷人的量子世界邁出的一大步。
今年，美國(guó)和荷蘭的物理學(xué)家攜手將鈉銫極性分子冷卻至接近絕對(duì)零度，使1000多個(gè)分子凝聚成一個(gè)巨大的量子態(tài)，形成了前所未見(jiàn)的分子BEC。
早在20世紀(jì)20年代，愛(ài)因斯坦等人便預(yù)言，在極度低溫下，原子等粒子會(huì)停止“單兵作戰(zhàn)”，轉(zhuǎn)而“整齊劃一”地聚集成一個(gè)“超級(jí)原子”。這種狀態(tài)被稱為BEC。自1995年首次實(shí)現(xiàn)原子BEC以來(lái)，科學(xué)家一直在追求穩(wěn)定的分子也能達(dá)到這一神奇的狀態(tài)。因?yàn)榉肿硬粌H能像原子那樣移動(dòng)，還能以獨(dú)特的方式旋轉(zhuǎn)和振動(dòng)，這為模擬和理解更廣泛的物理現(xiàn)象提供了無(wú)限可能。
然而，分子的控制和冷卻比原子更具挑戰(zhàn)性，就像馴服一群調(diào)皮的孩子，需要極其精細(xì)的操作和技術(shù)。在這次研究中，科學(xué)家利用一團(tuán)極性分子，克服了重重困難，最終實(shí)現(xiàn)了這一目標(biāo)。而分子BEC不僅讓科學(xué)家能夠更深入地探究量子化學(xué)和強(qiáng)相關(guān)量子材料的本質(zhì)，還可能為新型量子計(jì)算機(jī)的開(kāi)發(fā)鋪平道路。
6.嫦娥六號(hào)實(shí)現(xiàn)世界首次月球背面采樣返回
在科學(xué)探索的長(zhǎng)河中，總有一些時(shí)刻讓我們屏息凝神，見(jiàn)證人類科技與宇宙奧秘交織出的輝煌篇章。
6月25日，這一天注定將被載入人類探索宇宙的歷史長(zhǎng)河。我國(guó)的嫦娥六號(hào)月球探測(cè)器成功完成了從月球背面南極-艾特肯盆地采樣的壯舉，攜帶重達(dá)1935.3克的珍貴樣品返回地球。這片區(qū)域不僅是月球上最大、最深且最古老的盆地，更是隱藏著關(guān)于月球正面與背面物質(zhì)組成差異的秘密，以及破解月球二分性之謎的關(guān)鍵線索。
經(jīng)過(guò)數(shù)月緊張而細(xì)致的研究，我國(guó)科學(xué)家發(fā)表文章，基于嫦娥六號(hào)帶回的樣本，首次揭示了月球背面在大約28億年前仍存在活躍的巖漿活動(dòng)，填補(bǔ)了這一時(shí)期月球玄武巖記錄的空白。這些發(fā)現(xiàn)不僅為理解月球演化提供了至關(guān)重要的科學(xué)證據(jù)，也為行星科學(xué)研究開(kāi)辟了新的視野。
《自然》和《科學(xué)》雜志同期刊登了這兩項(xiàng)獨(dú)立研究成果，標(biāo)志著中國(guó)在深空探測(cè)領(lǐng)域取得的重大突破得到了全球科學(xué)界的廣泛認(rèn)可?！蹲匀弧范辔粚徃迦藢?duì)這項(xiàng)“令人興奮”的研究給予了高度評(píng)價(jià)，稱贊研究團(tuán)隊(duì)以細(xì)致謹(jǐn)慎的態(tài)度首次對(duì)月球背面玄武巖進(jìn)行了地質(zhì)年代學(xué)分析，提供了高質(zhì)量、高水準(zhǔn)的數(shù)據(jù)。一位審稿人特別提到：“這是首個(gè)來(lái)自嫦娥六號(hào)月球樣品的地質(zhì)年代學(xué)研究，對(duì)月球和行星科學(xué)界具有深遠(yuǎn)意義，必將引發(fā)更廣泛的關(guān)注?！?/p>
通過(guò)嫦娥六號(hào)任務(wù)，我們不僅觸摸到了月球深處的歷史記憶，還開(kāi)啟了探索太陽(yáng)系乃至整個(gè)宇宙奧秘的新篇章。
7.自身免疫性疾病治愈曙光初現(xiàn)
在人類與自身免疫疾病長(zhǎng)期斗爭(zhēng)的歷史中，今年將是一個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)。
紅斑狼瘡、硬皮病、多發(fā)性硬化癥等疾病，都是由一個(gè)“背叛”的免疫系統(tǒng)引起的。這個(gè)系統(tǒng)本應(yīng)保護(hù)人們，可它卻反過(guò)來(lái)攻擊健康組織。盡管現(xiàn)有的免疫抑制藥物在一定程度上有所幫助，但并不總能阻止疾病的進(jìn)展，反而可能帶來(lái)使人虛弱的副作用。然而今年，一種治療方法——嵌合抗原受體T細(xì)胞（CAR-T）療法，在患者身上取得了顯著效果，這可能開(kāi)啟治療自身免疫疾病的新篇章。
在我國(guó)，中國(guó)人民解放軍海軍軍醫(yī)大學(xué)的內(nèi)科醫(yī)生徐滬濟(jì)，利用供體來(lái)源的基因編輯T細(xì)胞，成功治療了致命的自身免疫性疾病。這一基于T細(xì)胞的療法不僅在免疫疾病治療中取得成功，還為前沿CAR-T治療的批量生產(chǎn)帶來(lái)了希望。徐滬濟(jì)的努力象征著全球科學(xué)家共同追求的目標(biāo)——將實(shí)驗(yàn)室里的突破轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實(shí)世界中的實(shí)用療法。
德國(guó)研究人員則報(bào)告稱，15名患有紅斑狼瘡、硬皮病或肌肉損傷疾病的患者，在接受CAR-T治療后4到29個(gè)月內(nèi)發(fā)生了巨大變化。8名紅斑狼瘡患者全部處于無(wú)需藥物的緩解狀態(tài)；其他一些患者雖然仍有癥狀，但所有人均已停止使用免疫抑制劑。
隨著越來(lái)越多的成功案例涌現(xiàn)，CAR-T療法正在重新定義我們對(duì)自身免疫疾病的理解和治療方法。它不僅僅是一種技術(shù)上的進(jìn)步，更是一束照亮未來(lái)醫(yī)療發(fā)展的光芒。
8.“星艦”上演“筷子夾火箭”場(chǎng)景
當(dāng)“星艦”尚處于研究階段，距離首次發(fā)射遙遙無(wú)期之時(shí)，社交媒體上已有好奇者向SpaceX創(chuàng)始人埃隆·馬斯克拋出疑問(wèn)：“星艦”的超重型助推器能否像“獵鷹9”火箭那樣實(shí)現(xiàn)著陸？馬斯克的回答簡(jiǎn)短而充滿未來(lái)感：我們將用發(fā)射塔機(jī)械臂抓住它。
彼時(shí)，這一設(shè)想在許多人眼中顯得過(guò)于大膽，甚至有些不切實(shí)際。然而，北京時(shí)間2024年10月13日晚8時(shí)25分，隨著第五次試飛發(fā)射的啟動(dòng)，“星艦”以實(shí)際行動(dòng)證明了夢(mèng)想的力量——超重型助推器穿越大氣層，精準(zhǔn)返回發(fā)射塔，被兩支機(jī)械臂穩(wěn)穩(wěn)夾住。SpaceX幾乎完美實(shí)現(xiàn)了馬斯克當(dāng)初看似遙不可及的愿景。
為了達(dá)成“快速重復(fù)使用”的宏偉目標(biāo)，使助推器能夠直接落回發(fā)射塔，就地完成檢修、加注燃料并再次發(fā)射，這幾乎是唯一可行的選擇。在全球范圍內(nèi)，“筷子夾火箭”不僅是一項(xiàng)技術(shù)上的壯舉，更是航天工程領(lǐng)域的一次革命性突破。對(duì)于SpaceX和馬斯克而言，這不僅是對(duì)理想堅(jiān)定不移追求的結(jié)果，也是他們?cè)谔剿饔钪嬲鞒讨羞~出的重要一步。
9.第三種磁性材料交變磁體發(fā)現(xiàn)
在物理學(xué)的漫長(zhǎng)歷史中，磁性材料一直是科學(xué)家探索的核心之一。98年來(lái)，物理學(xué)家只知道兩種永久磁性材料：鐵磁體和反鐵磁體。然而今年，科學(xué)界迎來(lái)了一個(gè)令人振奮的新發(fā)現(xiàn)——第三種磁性材料終于從理論走向現(xiàn)實(shí)，它被稱為“交變磁體”。
這種材料早在5年前就被理論物理學(xué)家假設(shè)存在，現(xiàn)在，多個(gè)國(guó)際研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了它的存在，揭開(kāi)了這一神秘物質(zhì)的面紗。交變磁體結(jié)合了鐵磁體和反鐵磁體的特性，展現(xiàn)了一種獨(dú)特的“雙重性格”。
交變磁體的發(fā)現(xiàn)不僅豐富了我們對(duì)磁性材料的理解，還可能為未來(lái)的電子設(shè)備帶來(lái)革命性的變化。由于它們的獨(dú)特性質(zhì)，交變磁體有可能用于制造超快磁開(kāi)關(guān)，成為打開(kāi)新一代高速、高效電子設(shè)備大門的鑰匙。
10.新一代量子芯片糾錯(cuò)能力達(dá)到實(shí)際應(yīng)用必要條件
這一成功不僅是技術(shù)上的杰作，更是對(duì)未來(lái)的一次大膽預(yù)演。
12月10日，《自然》雜志發(fā)表了一篇論文，揭示了谷歌最新一代量子芯片“Willow”在糾錯(cuò)能力上的重大突破——首次將錯(cuò)誤抑制在一個(gè)關(guān)鍵閾值以下。這一成就被視為實(shí)現(xiàn)未來(lái)量子計(jì)算實(shí)際應(yīng)用的關(guān)鍵一步，為大規(guī)模容錯(cuò)量子計(jì)算的運(yùn)算要求鋪平了道路。
量子計(jì)算的潛力巨大，但其脆弱性也一直困擾著科學(xué)家。面對(duì)這一挑戰(zhàn)，量子計(jì)算研究人員設(shè)計(jì)了一種巧妙的解決方案：量子糾錯(cuò)。
量子糾錯(cuò)的概念簡(jiǎn)單卻充滿智慧——通過(guò)將信息分布到多個(gè)量子比特上，系統(tǒng)可以在不破壞計(jì)算的情況下識(shí)別并補(bǔ)償錯(cuò)誤。然而，這種策略并非沒(méi)有風(fēng)險(xiǎn)。額外的量子比特可能會(huì)引入更多的錯(cuò)誤，使得實(shí)現(xiàn)“低于閾值”的運(yùn)算成為一項(xiàng)艱巨的任務(wù)。
這個(gè)名為“Willow”的最新一代超導(dǎo)量子處理芯片架構(gòu)，成功實(shí)現(xiàn)了低于表面碼關(guān)鍵閾值的量子糾錯(cuò)。表面碼是一種特定的量子糾錯(cuò)技術(shù)，它猶如一張精密編織的安全網(wǎng)，捕捉并修復(fù)那些隨時(shí)可能出現(xiàn)的錯(cuò)誤。
研究人員在一個(gè)擁有72個(gè)量子比特的處理器和另一個(gè)擁有105個(gè)量子比特的處理器上進(jìn)行了測(cè)試。隨著碼距從3增加到5再到7，邏輯錯(cuò)誤率顯著減半。這意味著，“Willow”不僅能在數(shù)小時(shí)內(nèi)穩(wěn)定運(yùn)行最多100萬(wàn)個(gè)周期，同時(shí)還能實(shí)時(shí)解碼錯(cuò)誤并維持出色的表現(xiàn)。
“Willow”讓我們看到了一個(gè)新時(shí)代的曙光。在這個(gè)時(shí)代里，量子計(jì)算將不僅僅是實(shí)驗(yàn)室里的奇跡，而是能夠真正改變世界的力量。
