2024年最重要的突破
今年在醫學、太空科技和人工智能等領域出現了幾項重要進展，這些進展以重要的方式拓展了我們的知識。
這是我第三次表彰我認為年度最重要的科學和技術進展。
在2022年，我的主題是「雙重思想」的原則，即類似的發明同時出現。就像亞歷山大·格雷厄姆·貝爾和伊萊莎·格雷都可以說是在1876年同一天構思出現代電話一樣，美國在生成式人工智能、癌症治療和疫苗學方面也出現了一系列成就。
在2023年，我的主題是漫長的進步之路。我認為最重要的突破是Casgevy，一種針對鎌形細胞貧血患者的基因編輯療法。這項療法建立在對CRISPR的數十年研究之上，這是一種借鑒自細菌世界的免疫防禦系統。
今年，我的主題是漸進改進的微妙力量，這也是技術進步的一個主題。雖然2024年發明的東西不及ChatGPT的首次亮相或GLP-1藥物（如Ozempic）的發現那樣驚人，但今年在醫學、太空科技和人工智能等領域出現了幾項進展，這些進展以重要的方式拓展了我們的知識。
對抗HIV的巧妙防禦
全球有4000萬人生活在HIV病毒感染中，每年估計有63萬人死於與艾滋病相關的疾病。這種疾病尚無治癒方法。然而，富裕的發達國家患者可以獲得藥物以控制病毒，而許多貧窮國家的人則無法獲得這些治療，因為該病在這些地區更為普遍。
今年，製藥公司吉利德的科學家宣布，一種新的注射藥物似乎能在六個月內提供卓越的HIV保護。在一項針對南非和烏干達女孩及年輕女性的臨床試驗中，這種名為lenacapavir的注射劑使干預組的HIV感染率降低了100%。另一項針對幾個大陸的試驗報告顯示其有效率為96%。臨床試驗結果的成功程度幾乎無法再高。
今年秋天，吉利德同意讓其他公司在貧窮國家銷售廉價的仿製藥版本。但更具爭議的是，這項交易排除了中等收入國家，如巴西和墨西哥，這些國家將不得不支付更高的價格以獲得這項療法。
lenacapavir通過針對關鍵的「衣殼蛋白」來發揮作用，這些蛋白質既是HIV基因物質的劍，也是盾，保護著病毒的RNA並使其能夠入侵我們的細胞。lenacapavir使這些蛋白質失去功能，從而使HIV病毒顆粒變得無害。《科學》雜誌將lenacapavir評選為年度突破，報導稱這種技術同樣可以破壞保護無數其他致命病毒的蛋白質，包括引起普通感冒或甚至世代大流行的病毒。通過針對衣殼蛋白，破壞這些病毒的結構和功能，將有助於我們在長期內治癒更多疾病。
美國進入火箭捕捉時代
六十年來，美國在利用推進技術將重物送入太空方面表現不俗。但在它們再次降落地球時捕捉它們？卻不太成功。
直到今年十月，當一枚SpaceX火箭助推器以22倍音速從空中墜落，剎車減速，並在發射它的同一塔樓上方穩穩著陸，然後進入它的兩個巨型機械臂中，進行高科技的擁抱。距離美國進入火箭發射時代已經66年，現在終於進入了火箭捕捉的時代。
那麼這種名為「筷子」的火箭夾技術到底有什麼用呢？由伊隆·馬斯克創立和經營的SpaceX，已經將將物品送入太空的成本降低了一個數量級。如果能使火箭完全可重用，則可能再將這一成本降低一個數量級，正如《科學》記者艾瑞克·漢德所寫的那樣。任何與太空經濟相關的方面——在我們的太陽系中進行科學實驗、開採小行星、在微重力條件下製造光纖和藥物——都面臨著同樣的基本經濟瓶頸：將物品排出我們的大氣層仍然非常昂貴。但便宜、大型且可重用的火箭是建立任何外部世界的前提，無論是小型自動化工廠在低軌道運行，還是多行星文明的建立。
量子突破
在十二月，谷歌宣布其基於名為Willow的晶片的新量子計算機在五分鐘內解決了一個數學問題，而這一問題大約需要最快的超級計算機「10澤塔年」才能破解。為了給出一些背景，10澤塔年是宇宙整個歷史——約140億年——重複幾萬億次的時間。這一成就如此驚人，以至於一些人猜測谷歌的計算機可能是通過借用平行宇宙的計算能力來運作的。
如果這段文字讓你感到一陣混合的驚奇和困惑，那是正常的。量子計算機對大多數人來說並不容易理解，部分原因是它們被炒作成終極超級計算機。但正如科學記者克利奧·艾布拉姆所解釋的，這是一個誤稱。你不應該把量子計算機看作比我們日常生活中運行的計算機更大、更快或更智能。你應該把它們看作是根本不同的存在。
傳統計算機，如你的智能手機和筆記本電腦，通過一系列二進制開關來處理信息，這些開關在1和0之間切換。量子計算機則使用量子位（qubit），它們利用量子力學這一支配比原子更小的粒子的奇特物理學。量子位可以同時表示1和0，這要歸功於一種稱為超位置的特性。隨著量子位數量的增加，計算能力呈指數增長，理論上使量子計算機能夠解決極其複雜的問題。
量子位非常敏感且容易出錯，這就是為什麼量子計算機需要被放置在接近0開爾文的特殊容器中，這一溫度比深空還要寒冷。但谷歌的這款晶片連接了105個量子位，並且是首批顯示隨著量子位數量增加，錯誤數量可以減少的晶片之一——這一發現無疑將成為未來量子計算團隊的重要基礎。
樂觀地說，量子計算機可以幫助我們理解支撐所有物理現實的亞原子活動規則。這可能意味著設計更好的電池，讓研究人員能夠模擬金屬中電子的行為，或通過預測我們的免疫系統與病毒之間的相互作用來徹底改變藥物發現。
但這些可能性並不全是美好的。美國、中國和其他國家正陷入數十億美元的量子霸權競賽中，部分原因是普遍認識到，完全運行的量子計算機也可以解決構成公鑰加密基礎的複雜數學問題。換句話說，運行中的量子計算機可能使大多數互聯網加密失效。再次強調，技術能力的增強往往與造成混亂的能力成正比。
又一年生成式人工智能的奇跡
這也許正是任何合理的年度重要技術進展列表的結尾句：哦，還有，人工智能研究人員做了一堆瘋狂的事情。
在短短三個月內，一項小型研究發現，ChatGPT在解決醫學案例歷史方面的表現超過了人類醫生；幾家公司發布了一波令人印象深刻的視頻生成器，包括谷歌DeepMind的Veo 2和OpenAI的Sora；谷歌宣布了一個AI代理，其天氣預報的準確度超過了歐洲中期天氣預報中心——《紐約時報》稱之為「大氣預測的世界領袖」；OpenAI推出了一個新的「推理」系統，徹底超越了行業標準的編碼和複雜數學問題。
我對大型語言模型背後的變壓器技術如何處理最複雜的邏輯系統仍然感興趣。研究人員通過ChatGPT展示了AI可以掌握語言的語法，足以生成合理的句子、代碼和詩歌。但宇宙中還充滿了其他語言——即遵循有限數量規則以產生可預測結果的其他邏輯系統。一個例子就是DNA。畢竟，DNA不就是一種語言嗎？以僅四個字母（或核苷酸）為基礎，我們的基因代碼拼寫出我們的蛋白質、細胞、器官和身體應如何運作、複製和進化。如果一個大型語言模型可以掌握英語和計算機編程的邏輯，或許另一個模型也能掌握DNA的語法——這將使科學家能夠在實驗室中合成生物，就像你或我在個人電腦上生成合成段落一樣。
為此，今年，斯坦福大學和加州大學伯克利分校的Arc Institute的研究人員創建了Evo，一個基於270萬個微生物和病毒基因組訓練的新AI模型。Evo就像一位語言大師，學習數十億年進化中的DNA規則，以預測功能、分析突變，甚至設計新的基因序列。
科學家們可以利用生成式AI做些什麼？想想CRISPR技術。科學家使用一種特殊蛋白質切割細胞的DNA，就像一對分子剪刀，讓研究人員能夠對被切割的基因組進行基本編輯。今年，Evo的科學家設計出了一種全新的蛋白質，這種蛋白質在自然界中並不存在，可以執行類似的基因編輯任務。正如Arc Institute的核心研究員、加州大學伯克利分校的生物工程助理教授帕特里克·許所說的，正如ChatGPT等工具「徹底改變了我們處理文本、音頻和視頻的方式，這些相同的創造能力現在可以應用於生命的基本代碼」。
作為對這篇文章的評論，我認為2024年的科技突破不僅展示了人類在醫學和科技領域的進步，也突顯了科技應用的倫理和社會影響。比如，lenacapavir的成功雖然能夠拯救無數生命，但對於中等收入國家排除在外的情況，顯示了全球健康不平等的現實。再者，量子計算的潛力雖然令人興奮，但其對數字安全的威脅也不容忽視。因此，在追求科技進步的同時，我們也必須對其潛在的社會影響進行深入思考，確保科技的發展能夠惠及所有人，而不僅僅是少數人。
以上文章由特價GPT API KEY所翻譯及撰寫。而圖片則由FLUX根據內容自動生成。
