新年願望:聽謝曉亮等14位科學家怎麼說

採訪 | 邸利會 陳曉雪 夏志堅 湯佩蘭 葉水送 金莊維

2019年馬上就要過去，2020年即將到來。這意味著，21世紀，我們即將邁入第三個十年。對於個人來說，我們會回顧過去一年收穫了什麼，失去了什麼。對於科學來說，了解我們已經做了什麼，接下還要做什麼也很重要。

最近，《知識分子》邀請到14位華人科學家，詢問了他們三個問題：推薦各自研究領域的兩項重要工作，預測2020年值得期待的進展，分享自己的新年願望。

在這些回覆中，既有人工智慧、基因編輯等熱詞，也有關注到阿爾茨海默症、亨廷頓病、特發性肺纖維化等研究的進展，既有對於某個研究的詳解，也有大圖景的展望。還有，他們的新年願望。

願每位讀者朋友，在新的一年不畏將來，不念過往。

● 　●　 ●

包雲崗

中國科學院計算技術研究所研究員

過去一年，以 RISC-V 為代表的開源晶片設計、以 Chisel 為代表的高級抽象硬體描述語言，推動了處理器晶片敏捷設計方法與開源晶片生態的快速發展，讓人們對數量級降低晶片設計門檻充滿期待——未來有可能將成本從幾千萬甚至上億元降低至幾百萬甚至幾十萬元， 將開發周期從幾年降低至幾個月甚至幾周。

未來一年，將會湧現出越來越多的基於開源晶片的各類設計，各個領域會開始考慮如何與開源晶片結合。一場 「開源晶片+」 熱潮將會興起。

陳雲霽

中國科學院計算技術研究所研究員

在類腦晶片領域，清華大學施路平教授團隊完成的天機晶片取得了重要突破，把人工通用智能的兩個主要研究方向，即基於計算機科學和基於神經科學這兩種方法，集成到一個平臺，可以同時支持機器學習算法和現有類腦計算算法。該工作登上了 Nature 首頁，有很大的國際影響力。未來智能晶片還將形成一系列技術突破，進一步服務好千千萬萬廣大人民群眾。

陳怡然

杜克大學教授

我們領域最熱門的話題是AI軟硬體系統的端到端設計自動化，也有人稱之為RTML （Real-Time Machine Learning） ，或實時機器學習。只要給出學習所需要的數據，系統就會自動學習出最適合的深度學習模型，完成模型訓練，並設計出能最有效執行這一模型的計算晶片和硬體系統。在個過程中完全不需要人工幹預，且可以自主完成軟硬體的協同設計。

憑藉已有的技術積累，我們已經在整個工具鏈條的每個點上都獲得了成功，現在科研人員正把整個鏈條連接起來。這項工作一旦完成，將會使得人工智慧技術的落地成本實現指數級的降低。

顏水成

依圖科技首席技術官

過去一年值得關注或者讓人感到興奮的是無監督學習、半監督學習或者弱監督學習所取得的進展，2020年的話，我覺得會看到AI晶片在具體場景應用上取得新的推動力。

戴 希

香港科技大學物理學系講座教授

即將過去的2019年, 對凝聚態物理研究來說，是充滿了驚喜和憧憬的一年。在這一年裡，湧現出了許多令人印象深刻的工作，如利用對稱指標和自動計算在現存資料庫中搜索非磁性拓撲材料、在鐵基超導磁通中尋找馬約拉納零能模和磁性外爾半金屬材料的發現等等。在這裡，我挑選了兩項個人認為是本年度最重要的工作推薦給大家。

1）在轉角石墨烯體系中發現量子反常霍爾效應。

【Science 365, 605-608 (2019);arXiv:1907.00261】

這項工作是 Stanford大學的 David Goldhaber-Gordon 小組和 UCSB 的Andrea Young 小組完成的，其中前者首先在轉角石墨烯中發現巨大的軌道磁性導致的反常霍爾效應，而後者在前者工作的基礎上，真正觀測到了反常霍爾係數的量子化平臺。這個工作可以說是一個巨大的驚喜，之前沒有人預料到，會在由單一碳原子有序排列而成的體系中發現磁性，更不用說量子反常霍爾效應了。事實上，這一體系中的磁性有別於此前發現的任何其他磁性材料，是一種純軌道磁性。從這個意義上講，在3/4填充的轉角石墨烯體系是人類找到的第一種軌道鐵磁體，對凝聚態物理研究來說，這完全是開創性的。軌道鐵磁性有許多重要特性，其中最容易觀測的，就是巨大的反常霍爾效應。跟任何已知磁性金屬/半導體中的反常霍爾效應不同，軌道鐵磁體中的反常霍爾效應完全不需要任何自旋軌道耦合作用，這是一種全新的導致反常霍爾效應的機制。當然，如果軌道鐵磁發生之後，體系形成絕緣體，那麼反常霍爾效應就會是量子化的，3/4填充的轉角石墨烯體系正是如此，它的霍爾電導是量子化的e^2/h，跟之前的磁性摻雜拓撲絕緣體薄膜一樣，是又一個量子反常霍爾效應體系，但形成的物理機制完全不同。很大程度上受這兩個工作影響，目前對這類摩爾超晶格中軌道磁性和反常霍爾效應的研究，正成為凝聚態物理研究的另一個高速發展的新領域。

2）單層銅氧化物高溫超導體的製備成功和物性研究。

【[https://www.nature.com/articles/s41586-019-1718-x]】

這一工作是我國復旦大學的張遠波小組和中國科技大學的陳仙輝小組一起合作完成的。如果說上一個工作是在一個嶄新的研究領域，轉角石墨烯體系中湧現出來的，那麼這個工作則出現在銅基高溫超導領域，一個已被深耕30餘年的 「老」 領域，彼此可謂相映成趣。在銅基高溫超導體的研究中，有兩個非常重要的問題。其一，在這類層狀化合物中，超導電性是單層就具有的特性還是由層間耦合造成的？其二，如何得到載流子濃度連續可調的材料體系以獲得真正可靠的超導相圖？這一工作同時解決了上述兩個問題，可謂一石二鳥。在實驗中，他們採用機械剝離的方法，在經過多年持續不斷的努力之後，終於成功獲得了一種單層的銅基高溫超導材料，單層 Bi2Sr2CaCu2O8+δ 體系。在這種單層材料中，他們得到了跟高質量體材料單晶幾乎完全一致的超導轉變曲線，成功證明了在這一體系中，超導電性是單層特性，不需要層間耦合即可超導。同時，利用二維材料門電極調控載流子濃度的方法，他們進一步獲得了近乎完美的超導相圖。這一工作可以稱得上是高溫超導領域內近年來最重要的實驗工作，為最終攻克高溫超導機理，凝聚態物理領域內最硬的骨頭之一，邁出了堅實的一步。

對新的一年的展望：

之前的20年，可以稱得上是國際合作的黃金時期，許多重要的工作都是在中美歐日等國科學家的密切合作之下完成的。科技合作帶來的不僅僅是科學發展的大大加速，還有各國科學界乃至政府之間的互信。在過去的一年裡，發生了許多事情，使得這種密切的國際合作遇到了挑戰，在這裡我衷心地希望，在建立了新的規範之後，科學研究的全球化能進一步發展下去，不同背景、膚色和信仰的科學家們還能跟以前一樣共同努力。

阮曼奇

中國科學院高能物理研究所

1. 2019年推薦工作

Katrin 實驗對中微子質量上限的測量。Phys. Rev. Lett. 123, 221802

中微子質量是首個實驗證實的、超出標準模型的新物理現象。位於德國Karlsruhe的KATRIN通過精密的測量，將中微子的質量上限限制到了1.1eV，比原先的質量上限壓低了2倍。

LHCb實驗發現更多的5夸克態、並揭示了5夸克態的分子態本質。 Phys. Rev. Lett. 122, 222001

在2019年6月的文章中，LHCb實驗組報告了質量為4312MeV的一個新的5夸克態；同時，通過積累的數據量，LHCb實驗發現此前發現的一個5夸克態 （質量為4450MeV） 實際上包含了兩個質量接近的5夸克態，其質量分別是4440 MeV和4457MeV；而這些5夸克態的衰變末態行為則揭示了它們更接近於一個重子 （由3個夸克組成） 和一個介子 （由一對正反夸克組成） 形成的分子態。

這些新的觀測結果揭示了這一能區豐富的粒子譜和相互作用。

2. 2020年值得關注的工作和進展：

1）高能量前沿：

以大型強子對撞機為代表的高能量前沿，在2020年依然是重點關注的對象。雖然人類目前尚未從對撞機實驗中發現超出標準模型的新物理現象，但隨著數據量的增加、和分析結果的積累，人們依然觀測到了大量新現象、發現了若干新粒子。我們期待2020年高能量前沿能給人們帶來新的重要知識。

2）多信使天文學：

隨著中微子、引力波等實驗設備的成功建設，為人類在傳統的射電、光學、X-ray，gamma-ray 等天文觀測基礎上，增加了全新的、多方位的觀測手段。這些新的實驗設備包括 LIGO，冰立方實驗等等；這些新觀測手段也由此推開了多信使天文學的大門。

通過技術的進步和升級，相關觀測的精度也在不斷改善，人們可以看得更準、看得更遠。期待2020年多信使天文學能觀測到全新的現象。

3）g-2實驗實驗結果：

2020年，美國費米實驗室預計將公布期待已久的g-2實驗結果，我們希望能通過磁場中muon介子行為的精確測量、揭示此前未知的新粒子和新規律。

4）未來對撞機發展：

2020年將是對未來對撞機發展非常重要的一年。國際高能物理學界將進通過歐洲戰略討論等平臺就未來對撞機發展戰略進行進一步討論。

日本政府預計將對是否建設國際直線對撞機進行表態。

歐洲核子中心計劃積極推動未來環形對撞機項目。

我國高能物理學界，也將積極推動環形正負電子對撞機項目。

未來對撞機的發展將決定未來幾十年內粒子物理發展的走勢，值得重點關注。

3. 新的一年心願：

期待標準模型的突破，以及充足的經費。

蔡天新

浙江大學數學科學學院教授

這三個問題本應請權威的同行回答，比如今年新當選中國數學會理事長的田剛院士。我本人並沒看到關於2019年重大數學成果的宣布或評選報導，原先我期待ABC猜想的解決。自從費馬大定理被懷爾斯證明後，它留下的誘人空缺迅速被ABC猜想填補（黎曼猜想太遙遠）。2012年，京都大學教授望月新一宣布證明ABC猜想，假如這是真的，他的成就將超越21世紀19位同胞諾獎得主的任何一位。可惜他的證明還沒有得到同行認可，後來他聲明會在20年代到來之前給予證明令人信服的解釋。現在只剩兩天時間了，我不認為他可以做到。

數學是很難甚至無法預測的，更不要說某一年了，因為它屬於個人行為。1900年希爾伯特提出23個問題預測了20世紀的數學，他做得比較成功。到20世紀末，已無人能預測了，於是國際數學聯盟請來30位頂尖數學家談論20世紀本領域最大的進展（數論和數學物理方向各5位），順便做一下展望。

個人當然希望看到ABC猜想、哥猜、孿猜甚或黎曼猜想被證明，它們都與素數密切相關，任何一個的證明如果能在有生之年看到，我們都會感到欣慰。

鄭厚峰

西湖大學生命科學學院特聘研究員

1. 2019年推薦工作

我推薦多基因風險評分（polygenic risk scores, PRS）的臨床輔助應用。

2019年3月份，Martin 等人在 Nature Genetics 上發表了一篇關於多基因風險評分 （polygenic risk scores, PRS） 輔助臨床應用的研究 （Clinical use of current polygenic risk scores may exacerbate health disparities） ，文中強調了遺傳學研究中不同人群／種族遺傳數據的不平衡，以及由此引起的潛在臨床應用偏倚。雖然眾多研究者對開發用於疾病預測的多基因風險評分的方法的發展充滿熱情，但是目前參與大型遺傳學研究並從中受益的大多數人都是歐洲血統，歐洲人後裔約佔全球人口的16％，但卻佔所有全基因組關聯分析 （GWAS） 人群的近80％。Nature Genetics 發表 editorial，呼籲產生更多非歐洲人群的遺傳數據 （Genetic for all https://www.nature.com/articles/s41588-019-0394-y） 。

2. 2020年，值得關注和期待的工作

新加坡和印度在2019年分別研究了亞洲人群（中國，印度，馬來西亞）的遺傳結構，相信2020年將會有更多亞洲人群體遺傳研究出現，使得亞洲人可以像歐洲人群一樣，得益於多基因風險評分的臨床應用。

3. 新的一年，你的願望是什麼？

希望西湖大學持續產生一系列原創成果。

魯伯壎

復旦大學生命科學學院研究員

1. 推薦2019年你所在領域的兩個進展，以及，你為何會推薦這兩個進展？

我的主要研究領域是神經退行性疾病，集中在亨廷頓病研究。

推薦的兩個進展，一是 Sarah Tabrizi 領導的靶向HTT基因mRNA的反義寡聚核苷酸 （ASO） 的臨床研究。推薦這個研究是因為ASO在小鼠模型中觀測到的分子水平的藥效檢測幾乎完美地重現在病人身上。二是我、費義豔與丁澦合作團隊的自噬小體綁定化合物 （ATTEC） 的研究。我們提出並驗證了一個特異性降解致病蛋白的新策略，也許有比較廣泛的應用潛力。

2. 2020年，你認為哪些工作值得關注和期待？

我認為Biogen計劃明年提交的針對阿爾茨海默病的新藥值得期待。如果真的有效，這會是第一個針對Aβ的有效藥物。圍繞Aβ假說的各種爭議終於可以在人群中大規模檢驗。

3. 新的一年，你的願望是什麼？

新的一年，我的願望是弄清楚自噬小體綁定化合物 （ATTEC） 與蛋白結合的結構細節，以及描述這種通過三元複合物降解目標蛋白的規律的數學模型。此外，我希望能將ATTEC用於更多致病物質的降解。

湯 楠

北京生命科學研究所高級研究員

1. 請推薦你所在領域2019年的兩個進展，並給出理由：

1）單細胞測序技術在肺領域研究中的應用

理由：肺臟是內臟器官, 細胞成分複雜，生物樣本少，所以對慢性肺疾病中的細胞異質性和基因表達譜知之甚少。 最新的單細胞測序技術在肺臟研究中的應用， 有助於用有限的生物標本資源來探索肺臟各種細胞的病理生理學意義，並發現其調控因素及重要調控靶點。

2）發現了特發性肺纖維化 （IPF） 發病的全新動物模型及發生機制。

理由：特發性肺纖維化現在發病人數逐年攀升，但無有效的藥物。其研究面臨很多難點，其中之一便是該疾病缺乏合適的動物模型, 導致動物基礎研究說服力差，研究難以深入。我們首次建立了高度模擬IPF發病特徵的小鼠疾病模型，從細胞行為和分子機理上提供了新思路，這將為今後的IPF基礎和臨床前研究提供極大便利。

2. 2020年，你認為哪些工作值得關注和期待？

肺臟各種在體幹細胞在慢性肺病中修復再生機制。因為只有知道在不同的慢性肺病中，參與的幹細胞種類及其作用機制，才能為未來的細胞和靶向治療指出正確的方向。

3. 新的一年，你的願望是什麼？

進一步認識肺臟，解析肺臟，享受科研的樂趣，並對罹患肺臟難治性疾病的患者送去希望。

徐福潔

浙江大學醫學院教授

1. 2019年推薦的工作進展

在傳染病領域2019年我沒覺得有什麼突出進展。

2. 2020年，哪些工作值得關注和期待？

2020年中國要宣布消除本土瘧疾傳播 （elimination) ， 因為中國在青蒿素方面的成就和屠呦呦的諾獎，這應該算是件大事。

3. 新的一年，你的願望是什麼

在傳染病領域願能守住已有的成績，不出現疫苗可預防疾病的反彈，在科研方面，我的願望是少些文章、成果、排名之類的精明算計，多些純粹的探索，解決臨床問題，服務人類健康。

黃學傑

中國科學院物理研究所研究員

1. 2019年電池領域的主要進展：

1）馬裡蘭大學王春生等創造性地引入滷素轉化-嵌入正極化學，發展了一種高比性能的水系鋰離子電池。

水系鋰離子電池具有成本低，無汙染，安全和高功率性能等特點。不過，傳統的水系電池受到水的分解電位的限制，其電壓通常不高於2 V。通過採用 「water-in-salt」 的策略，水系鋰離子電池的電化學窗口可以拓寬到4 V。傳統的過渡金屬氧化物正極材料容量有限，通常小於200 mAh g-1。作者設計了一種基於滷素在石墨中轉換-插入機理的複合電極，該電極的比容量高達243 mAh g-1，且平均電位高達4.2 V。作者得到了一個4 V的水系鋰離子全電池，該電池能量密度高達460 Wh kg-1，庫倫效率接近100%。這種基於陰離子轉換-插入機理的水系電池擁有著轉化反應高能量密度，插入機理高的可逆性以及水系電池的高安全性的特點。

C. Yang, J. Chen, X. Ji, T.P. Pollard, X. Lu, C.J. Sun, S. Hou, Q. Liu, C. Liu, T. Qing, Y. Wang, O. Borodin, Y. Ren, K. Xu, C. Wang, Aqueous Li-ion battery enabled by halogen conversion-intercalation chemistry in graphite, Nature, 569 (2019) 245-250

C. Yang, J. Chen, X. Ji, T.P. Pollard, X. Lu, C.J. Sun, S. Hou, Q. Liu, C. Liu, T. Qing, Y. Wang, O. Borodin, Y. Ren, K. Xu, C. Wang, Aqueous Li-ion battery enabled by halogen conversion-intercalation chemistry in graphite, Nature, 569 (2019) 245-250

2） 中國鋰離子動力電池企業出貨量佔全球總量的50%以上，中國多家企業成為德國奔馳、BMW、大眾，法國雷諾、日本日產等國際主流車企的動力電池供應商。

2. 2020本行業進展展望：

1）固態電池研究取得顯著進步；

2） 高性能低成本正極材料產業化技術取得突破。

3. 新一年的願望：

寧靜無擾

孫亞飛

清華大學化學系

2019年新材料方面的進展，最值得關注的有：

1、固態鋰電池的工業化發展，能量密度相比於現有的鋰電池體系可以提升一倍，一旦投產，將會顛覆現有的電池技術；推薦理由：2019年諾貝爾化學獎頒發給了鋰電池，是對現有鋰電池技術的肯定，也讓鋰電池接下來的變化更值得期待；

2、水凝膠材料的多項重大突破，例如3D列印的水凝膠肺氣球，具有呼吸能力；推薦理由：水凝膠一直受到醫學領域的關注，它不僅可以作為藥物緩釋劑等材料，更是值得期待的植入性材料，人造器官正在逐漸變成現實。

2020年，值得期待的新材料領域進展還很多，其中二氧化碳的固化很受期待。二氧化碳作為溫室氣體，控制它在大氣中的濃度已成為共識，除了減少化石能源燃燒外，另一個方案是用化學反應將大氣中的二氧化碳固定化，近幾年已出現多個技術，2020年是否能夠形成應用基礎，很值得注意。

我的個人願望，是OLED材料能夠在中低端機型中普及。

今日話題

2019年，還有幾個小時就結束了，你想念它嗎？

2020年，你的新年願望是什麼？

歡迎 留言告訴我們。