經(jīng)濟(jì)觀察網(wǎng)記者 沈怡然 如何到火星上居住、如何將生命延長(zhǎng)一半時(shí)間、如何讓量子計(jì)算機(jī)代替?zhèn)鹘y(tǒng)計(jì)算、如何讓機(jī)器人“無(wú)師自通”……這些“異想天開”的問(wèn)題，正是中國(guó)青年一代基礎(chǔ)科學(xué)研究者們最關(guān)注的。

8月1日，由南方科技大學(xué)、騰訊公司共同主辦的首屆“青年科學(xué)家50論壇”在深圳舉行，論壇發(fā)布了由100位中國(guó)頂尖青年科學(xué)家提出并投票產(chǎn)生的“十大科學(xué)技術(shù)問(wèn)題”，這些問(wèn)題顯示了中國(guó)青年科技工作者的洞察、在基礎(chǔ)科學(xué)上的探索方向。

本次“青年科學(xué)家50論壇”依托于“科學(xué)探索獎(jiǎng)“而成立的，后者是由騰訊基金會(huì)出資支持、科學(xué)家主導(dǎo)的公益性獎(jiǎng)項(xiàng)，也是青年科技人才資助計(jì)劃。獎(jiǎng)項(xiàng)范疇基礎(chǔ)科學(xué)和前沿技術(shù)領(lǐng)域，該獎(jiǎng)項(xiàng)活動(dòng)每年一次，今年是第三屆。

以下內(nèi)容摘自本論壇及獲獎(jiǎng)科學(xué)家對(duì)十大科學(xué)技術(shù)問(wèn)題的闡述：

問(wèn)題一：人類的意識(shí)，以及學(xué)習(xí)和記憶的生物基礎(chǔ)從何而來(lái)？

北京大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院教授李毓龍表示，人類大腦中有數(shù)百億的神經(jīng)元，神經(jīng)元之間會(huì)形成復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)連接：神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)以電信號(hào)形式編碼客觀世界——形成意識(shí)；反過(guò)來(lái)客觀世界由能夠重塑網(wǎng)絡(luò)的連接方式——發(fā)生學(xué)習(xí)和記憶。基于電學(xué)、光學(xué)或化學(xué)等單一學(xué)科的技術(shù)路徑，已經(jīng)不足以解析大腦這一復(fù)雜系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能。想要進(jìn)一步理解大腦的工作原理，人類需要在技能樹上點(diǎn)亮一系列學(xué)科深度交叉的新技術(shù)：包括神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)空間結(jié)構(gòu)解析技術(shù)、大規(guī)模神經(jīng)活動(dòng)記錄和分析技術(shù)，以及精準(zhǔn)的神經(jīng)操控技術(shù)。

問(wèn)題二：人腦和機(jī)器是否能實(shí)現(xiàn)直接通訊？

北京大學(xué)人工智能研究院研究員楊玉超表示，這是一個(gè)關(guān)系億萬(wàn)人福祉、具有重要現(xiàn)實(shí)意義的問(wèn)題。對(duì)于具有肢體殘疾和感知障礙的人群來(lái)說(shuō)，實(shí)現(xiàn)人腦和機(jī)器的直接通訊可以部分甚至完全恢復(fù)其運(yùn)動(dòng)和感知功能。腦機(jī)接口技術(shù)是實(shí)現(xiàn)人腦和機(jī)器直接通信的橋梁，通過(guò)腦機(jī)接口可以直接提取神經(jīng)信號(hào)，完成對(duì)人的行為意向的分析，并借助光、電、磁、聲等調(diào)控技術(shù)反向干預(yù)人腦行為。

當(dāng)前腦機(jī)接口技術(shù)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)高速意念打字、人腦控制機(jī)械手快速抓取等任務(wù)，但離人腦和機(jī)器直接通訊還有相當(dāng)大的距離。精準(zhǔn)、小型化、高度集成化、生物兼容性強(qiáng)的腦機(jī)接口，是未來(lái)的發(fā)展方向。

問(wèn)題三：通用人工智能是否能實(shí)現(xiàn)？

中國(guó)科學(xué)院計(jì)算技術(shù)研究所研究員山世光表示，實(shí)現(xiàn)通用人工智能的核心，是賦予算法機(jī)器類人的、求解新問(wèn)題的能力，其挑戰(zhàn)在于：機(jī)器如何更高效的獲取經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)并從中學(xué)習(xí)，實(shí)現(xiàn)“舉一反三”、小樣本的歸納并演繹、“吃一塹長(zhǎng)一智”乃至“無(wú)師自通”等能力？機(jī)器如何高效獲取、緊湊表示和充分利用人類知識(shí)（特別是常識(shí)）？如何實(shí)現(xiàn)機(jī)器學(xué)習(xí)所得“機(jī)器知識(shí)”與“人類知識(shí)”的融會(huì)貫通和相互轉(zhuǎn)換？

這些求解之路仍然迷霧重重，甚至連初見(jiàn)端倪的預(yù)訓(xùn)練大模型是否是正確的起點(diǎn)，亦不得而知，AI科學(xué)家們只能在迷霧中上下求索。

問(wèn)題四：如何延緩衰老，促進(jìn)機(jī)體修復(fù)，提高人類壽命？

北京大學(xué)未來(lái)技術(shù)學(xué)院教授劉穎表示，1939年，研究人員發(fā)現(xiàn)限制熱量攝入可延長(zhǎng)大鼠壽命，首次證明衰老可以被人為干預(yù)。1988年，利用秀麗隱桿線蟲進(jìn)行的遺傳學(xué)研究實(shí)現(xiàn)了另一突破，研究人員發(fā)現(xiàn)一個(gè)名為age-1的基因的突變可以將線蟲的壽命增加40-60%，證明了對(duì)單一基因的干預(yù)就能影響和決定生物體的壽命，這些讓人們確信能找到?jīng)Q定訴衰老速度和壽命長(zhǎng)短的“法寶”。

隨后，秀麗隱桿線蟲和釀酒酵母的遺傳學(xué)研究揭示了更多影響壽命的關(guān)鍵基因，囊括了當(dāng)今衰老領(lǐng)域內(nèi)的“明星通路”：胰島素樣信號(hào)途徑，雷帕霉素受體蛋白，Sirtuin和NAD+，線粒體與氧化應(yīng)激，端粒功能和蛋白質(zhì)穩(wěn)態(tài)等，當(dāng)今大多數(shù)正在進(jìn)行臨床實(shí)驗(yàn)的衰老相關(guān)藥物也與這些關(guān)鍵基因相關(guān)。

未來(lái)，我們需要更多的工作來(lái)整合多條衰老相關(guān)遺傳通路，以加深對(duì)衰老生物學(xué)基礎(chǔ)的理解。除此之外，在尊重生物倫理的基礎(chǔ)上，要推進(jìn)直接靶向衰老通路的臨床試驗(yàn)。這些方向的研究有望使我們延緩甚至逆轉(zhuǎn)衰老。

問(wèn)題五：如何實(shí)現(xiàn)量子計(jì)算實(shí)用化？

中國(guó)科技大學(xué)量子物理與量子信息研究部教授陸朝陽(yáng)表示，目前人類已經(jīng)嚴(yán)格證明出，量子計(jì)算具有解決經(jīng)典計(jì)算機(jī)無(wú)法求解的問(wèn)題的潛力。然而，真正的應(yīng)用還有諸多挑戰(zhàn)，其中之一就是如何把真實(shí)重大應(yīng)用映射到量子計(jì)算系統(tǒng)中。

量子模擬和計(jì)算的能力隨可操縱的量子比特?cái)?shù)呈指數(shù)增長(zhǎng)，因此如何有效擴(kuò)展量子比特的規(guī)模和高保真的邏輯操作，是核心任務(wù)。由于量子比特不可避免地會(huì)受到環(huán)境噪聲的影響而出錯(cuò)，要最終實(shí)現(xiàn)可編程的通用量子計(jì)算機(jī)，通過(guò)量子糾錯(cuò)來(lái)保證整個(gè)系統(tǒng)的正確運(yùn)行是必然要求，也是較長(zhǎng)時(shí)期內(nèi)面臨的挑戰(zhàn)。

另外，量子模擬和計(jì)算還面臨一個(gè)重大理論問(wèn)題，由于量子計(jì)算和模擬解決的事經(jīng)典計(jì)算機(jī)無(wú)法解決的難題，如何驗(yàn)證計(jì)算或模擬結(jié)果的正確性？

問(wèn)題六：清潔能源、環(huán)境保護(hù)、氣候變化的協(xié)同機(jī)制如何建立？

清華大學(xué)環(huán)境學(xué)院教授王書肖表示，構(gòu)建這種協(xié)同機(jī)制，需要圍繞清潔能源技術(shù)、節(jié)能提效減污降碳技術(shù)、能源環(huán)境系統(tǒng)集成耦合與優(yōu)化技術(shù)、氣候治理與環(huán)境污染協(xié)同應(yīng)對(duì)路徑、零碳/負(fù)碳能源技術(shù)及系統(tǒng)的綜合評(píng)價(jià)、促進(jìn)能源轉(zhuǎn)型的碳市場(chǎng)機(jī)制等開展研究。

其中可再生能源發(fā)電、儲(chǔ)能技術(shù)、多污染物協(xié)同減排技術(shù)、能源環(huán)境綜合評(píng)估模型、碳市場(chǎng)機(jī)制等最有可能取得突破。

問(wèn)題七：暗能量和暗物質(zhì)的本質(zhì)是什么？

南京大學(xué)天文與空間科學(xué)學(xué)院教授施勇表示，暗能量是指未知的“斥力”來(lái)加速宇宙的膨脹，暗物質(zhì)是指未知的物質(zhì)來(lái)產(chǎn)生額外的引力，按照目前的觀測(cè)推算，這兩者分別約占宇宙總能量的70%和25%，而由質(zhì)子、中子和電子組成的正常物質(zhì)只占5%。

暗能量和暗物質(zhì)的出現(xiàn)，直接證明了當(dāng)前的粒子理論和引力理論是不正確的或者不全面的，我們賴以發(fā)展科技的“基礎(chǔ)”，即量子力學(xué)和廣義相對(duì)論這兩大物理學(xué)成果，還存在被優(yōu)化的空間。

問(wèn)題八：人類如何在地外行星（如火星）上居住一年以上？

中國(guó)科學(xué)院地球與行星物理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任魏勇表示，全球來(lái)看，太空旅行擁有載人登月的寶貴經(jīng)驗(yàn)做基礎(chǔ)，火星生活則是從零開始的全新工程。人類火星往返，包括一年的太空旅行和一年半的火星生活。火星往返提出三大挑戰(zhàn)：地火往返技術(shù)、生命保障系統(tǒng)、生理心理干預(yù)。

實(shí)現(xiàn)宇航員在火星居住一年以上，是對(duì)人類航天、能源、通信、電子、醫(yī)學(xué)、生物科技等各方面科技水平的全面檢驗(yàn)，由此產(chǎn)生的新理論突破和發(fā)明創(chuàng)造，將顯著改變?nèi)藗兊纳罘绞剑踔烈l(fā)新一輪歷史性的科技革命。

該項(xiàng)目的規(guī)模和復(fù)雜程度為人類歷史之最，對(duì)管理學(xué)等社會(huì)科學(xué)的發(fā)展同樣會(huì)產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。國(guó)際合作是實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的最優(yōu)方式，世界科技合作與競(jìng)爭(zhēng)也有可能圍繞這一問(wèn)題，產(chǎn)生新局面和心態(tài)勢(shì)。

問(wèn)題九：如何“求教”大自然，開發(fā)高度集成、智能、可修復(fù)的仿生系統(tǒng)？

香港城市大學(xué)機(jī)械工程系講座教授、工學(xué)院副院長(zhǎng)王鉆開表示，科技并非“無(wú)所不能”，即便神州十二號(hào)上精巧的“天和”機(jī)械臂，其系統(tǒng)的集成度、智能化以及自我修復(fù)功能也遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于生物系統(tǒng)。

仿生系統(tǒng)的可修復(fù)探索還僅僅停留在分子層面的自愈合。仿生系統(tǒng)的構(gòu)建，涉及到方方面面：從材料、制造到組裝，從單元、個(gè)體到集群。從理解自然界材料合成、組裝及演變的共性機(jī)理，為仿生體系研發(fā)提供理論支撐；到構(gòu)建仿生智能表界面，有效調(diào)控仿生系統(tǒng)與外界環(huán)境的交互；再到開發(fā)規(guī)模化綠色制造技術(shù)等；乃至發(fā)展高度集成的智能類生命體，人類將一步步向大自然“求教取經(jīng)”。

問(wèn)題十：太陽(yáng)能發(fā)電的規(guī)模化高效應(yīng)用如何突破？

北京大學(xué)材料科學(xué)與工程系特聘研究員周歡萍表示，當(dāng)前，光伏技術(shù)是實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能直接向電能轉(zhuǎn)化的最有效途徑，是解決人類能源危機(jī)、環(huán)境污染的重要手段。如何通過(guò)技術(shù)手段使太陽(yáng)能發(fā)電規(guī)模化高效利用，也就因此成為重大科學(xué)問(wèn)題。

針對(duì)此，科學(xué)家主要圍繞材料系、制備工藝、器件結(jié)構(gòu)及工作原理展開工作。從目前的研究來(lái)看，在光-電轉(zhuǎn)換基本過(guò)哼與新原理；高效、穩(wěn)定光電轉(zhuǎn)換材料的理性設(shè)計(jì)；低成本、高通量的可控制備方法；光電材料與器件中的結(jié)構(gòu)和表界面設(shè)計(jì)與調(diào)控等方向上，最有可能獲得突破。