旨要|麻省理工：2017年全球十大突破性技術榜單（下）

一、太陽能熱光伏電池

Hot Solar Cells

技術突破：一種可以讓太陽能電池效率翻倍的技術。

重要意義：這項新設計可能會催生出在日落後依然可以工作的廉價太陽能發電技術。

主要研究者：

-David Bierman、Marin Soljacic、EvelynWang（麻省理工學院）

-Vladimir Shalaev（普渡大學）

成熟期：10到15年

太陽能電池板覆蓋了越來越多的屋頂，但是，儘管這項技術已經發展了幾十年，這些矽片組成的電池組件仍然笨重、昂貴而且低效。理論上的限制讓這些常規的光伏電池板只能吸收太陽光中的一部分能量。

但是，麻省理工學院的一個科學家團隊已經製造了一種全新類型的太陽能設備，利用工程創新和最新的材料科學進步來捕獲更多的太陽能。

該技術的秘訣在於先將太陽光變成熱能，然後將其重新變成光，而且聚集在太陽能電池可以使用的光譜範圍內。

雖然許多研究人員已經在這項被稱為是太陽能熱光伏的技術上研發了多年，但麻省理工學院的這個裝置是第一個可以比只使用光伏電池吸收更多能量的裝置，表明該方法可以顯著提高效率。

標準硅太陽能電池主要捕獲從紫色到紅色的可見光。再加上其他條件的限制，它們永遠不能把太陽能中超過32％的能量轉化為電能。麻省理工學院的這個設備仍然是一個粗糙的原型，而且運行效率只有6.8％，但是通過各種辦法提高效率后，其效率可以大約達到傳統光伏的兩倍。

MIT團隊研發的原型設備，陽光從中間的窗口射入真空腔。

這個創新設備的關鍵步驟是開發了一種叫做吸收-輻射器的東西——它本質上就是一個放在太陽能電池上方的光漏斗。吸收層由實心的黑色碳納米管構成，用來捕獲太陽光中的所有能量並將其中的大部分轉化為熱。

當溫度達到約1000℃時，相鄰的輻射層再將這些能量以光的形式輻射出來，而這時，這些輻射出來的光的光譜已經基本窄到光伏電池可以吸收的範圍。

麻省理工學院團隊的這項技術當然也有其弊端，比如部分部件相對而言仍然非常高昂，以及目前僅能在真空環境下工作等。但其經濟性應該會隨著效率的提高而提高。

此外，研究人員還在探索如何去利用太陽能熱光伏電池的另一個優勢。因為熱比電更容易儲存，所以應當可以將由裝置產生的過量的熱量儲存起來，這樣即使在太陽不發光時也可以用於產生電力。

如果研究人員可以整合儲熱設備，並提高效率水平，該系統有朝一日將可以實現清潔、廉價和連續的太陽能電力供應。

二、實用型量子計算機

Practical Quantum Computers

技術突破：製造出穩定的量子比特。比特是傳統計算機中的信息單位，而量子比特是量子計算機的信息單位。

重要意義：在運行人工智慧程序以及處理複雜的模擬和規劃問題時，量子計算機的速度可能是傳統計算機的指數倍，而量子計算機甚至能製造出無法破解的密碼。

主要公司：

- 荷蘭量子技術研究所QuTech - 谷歌

- 英特爾 - IBM

- 微軟

成熟期：4~5年

科學家們正在將以前的理論設計變成現實。量子計算機雖然每年都是「十大突破性技術」的奪標大熱門，但每年我們都得出同樣的結論：仍然無法實用。

的確，量子比特和量子計算機多年來很大程度上都是在紙上談兵，存在於論文中，或者在確定其可行的脆弱的實驗中。

儘管加拿大公司D-Wave系統幾年前就開始出售其所謂的量子計算機，他們的量子計算機使用一種名為「量子退火（quantum annealing）」的專有技術。但懷疑人士指出，這一方法只適合應用於非常有限的計算，而且與傳統計算機相比，可能並沒有速度上的優勢。

但今年，科學家們正在將以前的理論設計變成現實。

而且，今年的新氣象還包括：來自谷歌、IBM、英特爾、微軟等公司的資金正源源不斷地流入，為建造一台能工作的量子計算機所需要的各種技術，包括微電子學、複雜電路以及控制軟體等的研發，提供了強大的資金支持！

在應用層面，量子計算機尤其適合對海量的數據進行分解，這讓它很容易破解大多數現有的密碼技術，並且可能設計出無法被破解的密碼。此外，量子計算機還適合用於解決複雜的最優化問題，並執行機器學習演算法。

而且，可能還有很多應用我們目前沒有想到。不過，很快我們就會知道能利用量子計算機做什麼了。

迄今為止，科學家們已經研製出了能完全編程的5個量子比特的計算機，以及包括10到20個量子比特的測試系統。來自谷歌的研究團隊表示，他們正在衝擊建造49個量子比特的系統，希望在一年內製造出來。

研製出近50個量子比特的量子計算機這一目標並非科學家們隨心所欲制定的，因為約50個量子比特是一個極為關鍵的門檻。研究者預計，在 50個 量子比特級別，量子計算機就能達到「量子霸權」（quantum supremacy）。

所謂「量子霸權」是加州理工學院物理學家John Preskill發明的名詞，通俗的解讀就是：超級計算機系統目前能完成5到20個量子比特的量子計算機所做的事情，但達到約50個量子比特之後，量子計算機的能力將一騎絕塵，超級計算機只能望「量子」興嘆。

而且，從現在起2-5年內，這樣的系統很有可能開始出售。最終，科學家們有望研製出擁有10萬個量子比特的系統。這些系統會製造出精確的分子模型，從而顛覆材料、化學和製藥產業，讓科學家們研製出各種新材料和新葯。

更大膽的預測是，十年之內，科學家們或許就會研製出擁有100萬個量子比特的量子計算系統！

三、治癒癱瘓

Reversing Paralysis

技術突破：無線腦-體電子元件可繞過神經系統的損傷來實現運動。

重要意義：全球有數百萬人被癱瘓所折磨，無時不刻都渴望著擺脫疾病的困擾。

主要研究機構：

- 巴黎綜合理工大學洛桑理工學院（EPFL）

- 韋斯生物和神經工程中心（Wyss Institute at Harvard）

- 匹茲堡大學（University of Pittsburgh）

- 凱斯西儲大學（Case Western Reserve University）

成熟期：10至15年

在利用腦植入來恢復脊髓損傷引起的運動自由受損上，科學家們已經取得了顯著的進步。

近年來，藉助腦植入物，少量患者已可以通過思想來控制計算機游標或者是機器臂。現在研究人員正在嘗試意義重大的下一步：治癒癱瘓。

他們利用無線電將大腦讀取技術直接連接到身體上的電刺激器，創造出法國神經科學家Grégoire Courtine所稱的「神經旁路」，從而使人們的想法能夠再次控制他們的四肢。

由RobertKirsch和Bolu Ajiboye領導的凱斯西儲大學團隊對一個四肢癱瘓者進行了一次實驗，他們在癱瘓者的手臂和手掌肌肉安裝了超過16個的精細電極，在大腦中放置了兩個比郵票還小的硅制記錄裝置，上面有上百個頭髮大小的金屬探針，來探測神經元發出的命令。

在操作過程中，志願者在彈簧扶手的幫助下緩慢地抬起了他的手臂，並可以實現手掌的張和握，他甚至可以把有吸管的杯子遞到嘴邊。

這個凱斯西儲大學將要在醫學雜誌上發表的結果，是使用植入電子設備來恢復各種感官和功能的廣泛研究中的一部分。除了治療癱瘓外，科學家希望能夠使用所謂的「神經義肢」，通過在眼睛中放置晶元來恢復視力，或者是恢復阿爾茨海默病人的記憶。

相比起非常成熟的人工耳蝸，讓「神經義肢」改善癱瘓會更有難度。在1998年，一個患者使用腦探針實現了移動計算機游標的任務，但它並沒有任何更為廣泛的實際應用。該項技術仍然太基礎、太複雜以及無法脫離實驗室的環境。

瑞士億萬富翁Hansjörg Wyss專門為解決脊髓旁路等神經科技的技術設立了研究中心。該研究中心的領導人是約翰·多諾霍（John Donohoe），他正試圖帶領神經科學家、技術人員、臨床醫生共同創建一個商業上可行的系統。

對於多諾霍來說，首要任務之一是製造「神經通」——這是一個超緊湊型無線設備，以網路速度從大腦收集數據。多諾霍說，「這是世界上最複雜的大腦通信器。」

雖然很複雜，並且進展緩慢，但是神經旁路仍然意義重大，病人對此充滿了強烈的期待，多諾霍說，「人們希望恢復他們的日常生活。」

神經旁路中的里程碑：

●1961年：醫生和發明家William F. House測試了第一個人工耳蝸，證明可以恢復聽力。該設備使超過25萬人受益。

●1998年：醫生在一個不能說話的癱瘓者的大腦中安裝了一個電極，使其通過計算機與人交流。

●2008年：猴子的大腦信號通過互聯網從美國發送到日本，從而激發機器人在跑步機上行走。

●2013年：美國監管機構批准了Second Sight公司出售的「仿生眼」。原理是利用縫合到視網膜的晶元，從而繞過受傷的光感受器。

●2014-2015年：俄亥俄醫生開始努力使兩個不同癱瘓類型的男人「重獲新生」。他們的想法可以傳遞到他們手臂上的電極，從而實現手指的伸縮。

●2016年：28歲的Nathan Copeland通過大腦植入物操控了一個機器臂，使得他可以「感覺」到手指，還在歐巴馬總統訪問實驗室時與他頂拳。

四、殭屍物聯網

Botnets of Things

突破技術：可以感染並控制攝像頭、監視器以及其他消費電子產品的惡意軟體，可造成大規模的網路癱瘓。

重要意義：基於這種惡意軟體的殭屍網路對互聯網的破壞能力將會越來越大，也會越來越難阻止。

關鍵人物：

-Mirai殭屍網路軟體的創造者

- 任何使網路有安全隱患的人——其中有你嗎？

成熟期：現在

正在興起的物聯網熱潮有著極其危險的副作用，且該風險與日俱增。

殭屍網路並不是一個新技術。早在2000年，就有黑客通過集合殭屍網路中所有電腦的力量，隨意釋放威力強大的分散式拒絕服務攻擊（Distributed Denial-of Service Attack，縮寫為DDoS）。被攻擊的目標網站或伺服器會因為大量的數據流量而超載下線。

在2016年10月，一個殭屍網路成功攻陷了一家互聯網基礎服務提供商Dyn，該公司的域名伺服器（DNS）被迫斷網，大量網站如Twitter、Netflix等暫時癱瘓。攻擊Dyn的殭屍網路是由一款名為Mirai的公開惡意軟體創造的。由於該軟體可以被任何人輕易獲得，並且對感染控制電子產品的過程進行了大量的自動化設置，導致其潛在危害非常嚴重。

但如今，這一問題不但沒有被解決，反而變得更加嚴重。其主要原因就是大量廉價的攝像頭、監視器以及其他物聯網產品的出現。由於這些產品往往沒有採取任何安全措施，黑客可以輕易地控制它們，就拿Mirai創造的殭屍網路來說，這些設備只有在被拔掉電源后才會真正的安全。

其結果就是殭屍網路的規模越來越大，攻擊能力越來越強。今日的大型殭屍網路已經具有同時攻擊數個目標的能力。在接下來的幾年裡，擁有安全隱患的設備將會出現指數增長，殭屍網路規模及威力也會藉此增長。

全世界可聯網設備的數量

●2011年80億

●2012年93億

●2013年111億

●2014年131億

●2015年152億

●2016年174億

黑客們將如何利用殭屍網路？

殭屍網路的作用之一就是進行「點擊欺詐」（Click Fraud）。其目的是欺騙廣告商，讓他們認為人們有觀看或點擊他們投放的廣告，以此賺取大量的廣告費。如果控制殭屍網路的黑客們找出了一個更加高效隱秘的方法進行點擊欺詐，那整個互聯網的廣告商務模式將會崩潰。

此地圖展現了2016年10月21日，Dyn受到DDos攻擊之後所造成的網路癱瘓規模

除此之外，因為殭屍網路可以加快暴力破解密碼的速度，所以它還可以繞過垃圾郵件過濾器（Spam Filter）、進行比特幣挖礦以及做任何需要大量設備的事情。這意味著，殭屍網路背後的利益也將會越來越大。

雖然犯罪集團會租用殭屍網路獲取利益，但是能登上頭條的殭屍網路新聞往往都是DDoS攻擊。雖然Dyn被攻擊只是一個意外。但並不是所有的攻擊都是源於意氣用事，圖財的黑客組織將會使用這種攻擊作為勒索手段，擁有政治背景的組織則會使用這種攻擊手段來堵住反對者的「網路喉舌」，而對於國家來說，這也是一款威力強大的電子戰武器。

該如何抵抗殭屍網路的攻擊？

以彼之道，還施彼身：在殭屍網路還比較罕見的過去，直接攻擊其中央控制系統是一個非常有效的反制方式。不過，這一手段隨著殭屍網路的泛濫開始逐漸失效，對殭屍網路的攻擊進行被動防禦也是一種選擇。

目前，市場上有多家公司出售DDoS Scrubber（DDoS清理）設備。不過，它們的防禦效果並不穩定，會根據被攻擊的服務類型以及程度做出變化。

但是總體來說，黑客還是處於上風。Dyn所承受的攻擊只是一個開始，人們需要準備好承受更多來自殭屍網路的攻擊。

MIT Technology Review）