未來(lái)五年五大科技預(yù)測(cè)之AI偏見：

AI 偏見將會(huì)爆發(fā)。但只有公正的 AI 才能生存。

5年之內(nèi)，有偏見的AI系統(tǒng)和算法將不斷增多，就像早前的計(jì)算機(jī)病毒增多一樣。但我們將采取相應(yīng)的應(yīng)對(duì)措施，提出新的解決方案來(lái)控制AI中的偏見，并提倡沒有偏見的AI系統(tǒng)。

AI系統(tǒng)是否會(huì)有偏見，其實(shí)取決于我們往里面放什么樣的數(shù)據(jù)。不良數(shù)據(jù)可能含有含蓄的種族、性別或意識(shí)形態(tài)偏見。許多AI系統(tǒng)的培訓(xùn)仍將繼續(xù)使用不良數(shù)據(jù)，導(dǎo)致這個(gè)問題持續(xù)存在。但是我們相信可以抑制偏見，而且解決了偏見問題的 AI 系統(tǒng)會(huì)大獲成功。

隨著人類和AI一起做決定的情況越來(lái)越多，研究人員正在尋找各種途徑，以確保人類偏見不會(huì)影響用于指導(dǎo)這些決策的數(shù)據(jù)或算法。

為了促進(jìn)人類共同繁榮，麻省理工學(xué)院-IBM Watson AI實(shí)驗(yàn)室利用AI和計(jì)算認(rèn)知建模上的最新成果（如符合倫理的契約式方法），通過描述人們?cè)跊Q策制定過程中使用的原則來(lái)確定人類思維如何應(yīng)用它們。這樣做的目的是為了創(chuàng)造出在做決策時(shí)能夠應(yīng)用特定的人類價(jià)值觀和原則的機(jī)器。

有一個(gè)原則對(duì)人類和機(jī)器而言都非常重要，那就是要避免出現(xiàn)偏見，進(jìn)而防止出現(xiàn)歧視。AI系統(tǒng)中的偏見主要發(fā)生在數(shù)據(jù)或算法模型中。在我們努開發(fā)值得信任的AI系統(tǒng)時(shí)，要盡量用不帶偏見的數(shù)據(jù)開發(fā)和訓(xùn)練系統(tǒng)，并開發(fā)易于解釋的算法。

為此，IBM 研究人員開發(fā)了一種方法來(lái)減少訓(xùn)練數(shù)據(jù)集中可能存在的偏見，這樣之后利用該數(shù)據(jù)集進(jìn)行學(xué)習(xí)的AI 算法就能盡量保持公平。

IBM科學(xué)家還設(shè)計(jì)了一種方法來(lái)測(cè)試 AI 系統(tǒng)，即使沒有訓(xùn)練數(shù)據(jù)也可以使用。這項(xiàng)研究提議設(shè)立一個(gè)獨(dú)立的偏見評(píng)分系統(tǒng)來(lái)確定AI系統(tǒng)的公平性。例如，AI服務(wù)可能是無(wú)偏見的，并且能彌補(bǔ)數(shù)據(jù)偏見造成的影響（理想情況下），也可能是僅僅關(guān)注訓(xùn)練中的偏見屬性（這可以通過數(shù)據(jù)去偏見技術(shù)來(lái)解決），甚至?xí)肫?，而不管?shù)據(jù)是否公平（最糟的情況）。AI的最終用戶能根據(jù)每個(gè)系統(tǒng)的偏見水平來(lái)確定它的可信度。

只有不斷發(fā)現(xiàn)并減少AI系統(tǒng)中的偏見，人類與具備學(xué)習(xí)能力的機(jī)器之間才能建立起信任。AI系統(tǒng)通過發(fā)現(xiàn)、理解并指出人類在決策過程中的自相矛盾，也可以揭示出我們?cè)谀男┓矫娲嬖诓还?、狹隘和認(rèn)知偏見，繼而促使我們采用更加公平和平等的觀點(diǎn)。

在識(shí)別我們的偏見并向機(jī)器傳授我們共同價(jià)值觀的過程中，我們獲得的進(jìn)步可能比AI要多。我們可能更多是在完善我們自己。

未來(lái)五年五大科技預(yù)測(cè)之量子計(jì)算：

現(xiàn)在，量子計(jì)算正成為研究人員的競(jìng)技場(chǎng)。在 5 年內(nèi)，它將成為主流。

5年之內(nèi)，量子計(jì)算的影響范圍將超出研究實(shí)驗(yàn)室。量子計(jì)算這種新的計(jì)算方法不再局限于科學(xué)界，而是被新的專業(yè)人員和開發(fā)人員廣泛使用，用來(lái)解決曾被視為無(wú)解的問題。

量子將成為大學(xué)的一門常見課程，甚至還會(huì)出現(xiàn)在一些高中的課堂上。學(xué)生可以通過計(jì)算機(jī)科學(xué)、化學(xué)以及商業(yè)課程了解這項(xiàng)技術(shù)，并在畢業(yè)之后從事與量子計(jì)算相關(guān)的工作。量子計(jì)算將被融入到各種課程中，并且成為參與全球科學(xué)和工程項(xiàng)目的必備條件。如果沒有接受量子相關(guān)的教育，學(xué)生將無(wú)法畢業(yè)。全球每所大學(xué)都將開設(shè)量子計(jì)算的課程，并通過在云端的量子計(jì)算機(jī)上運(yùn)行的真實(shí)試驗(yàn)來(lái)培訓(xùn)學(xué)生。

業(yè)內(nèi)將出現(xiàn)新的開發(fā)人員群體。計(jì)算機(jī)科學(xué)課程的“編碼”概念中將有一個(gè)量子專題。人們將同時(shí)學(xué)習(xí)量子算法與信息理論中的經(jīng)典算法。

未來(lái)5年，隨著大眾對(duì)量子計(jì)算相關(guān)知識(shí)的逐步了解，量子計(jì)算將進(jìn)入商用時(shí)代的初期。在這個(gè)階段，量子計(jì)算技術(shù)及其早期應(yīng)用案例將快速發(fā)展。早期案例可能會(huì)利用量子計(jì)算來(lái)準(zhǔn)確地模擬越來(lái)越大的分子和化學(xué)反應(yīng)，幫助我們加快研究速度，開發(fā)出未來(lái)的新材料，更多個(gè)性化的藥物，或者發(fā)現(xiàn)更高效和可持續(xù)的能源。

IBM 研究人員最近在量子化學(xué)領(lǐng)域取得重大進(jìn)展，使用量子計(jì)算機(jī)成功模擬了氫化鈹 (BeH2) 中的原子鍵合；這是通過量子計(jì)算機(jī)模擬出來(lái)的最復(fù)雜的分子。未來(lái)，量子計(jì)算機(jī)將繼續(xù)解決更為復(fù)雜的問題，最終趕上并超越我們?cè)谥皇褂脗鹘y(tǒng)計(jì)算機(jī)時(shí)實(shí)現(xiàn)的成就。

5年之內(nèi)，業(yè)界將發(fā)掘出量子計(jì)算機(jī)（與傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)一同使用）的用武之地，用它來(lái)幫助我們解決特定的問題。最先嘗試的一批企業(yè)無(wú)疑將在量子計(jì)算時(shí)代獲得明顯的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。

未來(lái)，量子計(jì)算機(jī)將不再神秘。隨著我們對(duì)量子計(jì)算的理解不斷深入，以及這一技術(shù)逐步滲透各個(gè)行業(yè)和教育機(jī)構(gòu)，大眾將迎來(lái)新的時(shí)代。有關(guān)量子計(jì)算的概念和詞匯表將不再含糊不清，繼而成為主流語(yǔ)言的一部分。圍繞量子計(jì)算的對(duì)話將變得很常見。每個(gè)人都會(huì)知道一個(gè)量子位是什么 - 或者很熟悉這一概念。

未來(lái)五年五大科技預(yù)測(cè)之黑客：

全新的格加密技術(shù)挫敗黑客攻擊。

網(wǎng)絡(luò)攻擊的規(guī)模和復(fù)雜性逐年遞增，造成的損失也越來(lái)越大。五年之內(nèi)，新的攻擊手段將讓目前的安全措施無(wú)所適從。

例如，多年以后，擁有數(shù)百萬(wàn)個(gè)量子位且支持容錯(cuò)的通用型量子計(jì)算機(jī)將可以快速篩查各種可能性，解密最強(qiáng)大的通用加密算法，則目前這種基礎(chǔ)的安全方法也就隨之被淘汰。

IBM 研究人員正在開發(fā)一種名為格加密的新的安全技術(shù)，該技術(shù)可以把數(shù)據(jù)隱藏在一種名為格 (lattice) 的復(fù)雜代數(shù)結(jié)構(gòu)中。

它的工作原理是這樣的：在數(shù)學(xué)中，格表示那些人們認(rèn)為很難解決的問題。其中一個(gè)問題是最短向量問題：即找到網(wǎng)格中距離原點(diǎn)最近的點(diǎn)。即使量子計(jì)算機(jī)強(qiáng)大到足以攻破當(dāng)今的加密技術(shù)時(shí)，密碼學(xué)家也可以利用這些問題的難解性來(lái)保護(hù)信息。

不僅能打敗未來(lái)的量子計(jì)算機(jī)，格加密這種全能的代數(shù)密碼學(xué)也是另一種被稱為全同態(tài)加密 (FHE) 的加密技術(shù)的基礎(chǔ)。

目前，文件在傳輸過程中和靜止時(shí)都會(huì)被加密，但在被使用時(shí)又會(huì)被解密。這就讓黑客有足夠的機(jī)會(huì)來(lái)查看或竊取未加密的文件。

以FHE為代表的密碼學(xué)安全計(jì)算技術(shù)填補(bǔ)了這一漏洞，各方即使在文件處于加密狀態(tài)時(shí)也能對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算。

目前FHE 速度太慢且成本很高，還不能廣泛應(yīng)用，但算法調(diào)優(yōu)和硬件加速技術(shù)已經(jīng)將 FHE 的運(yùn)行時(shí)間和使用費(fèi)用降低了幾個(gè)數(shù)量級(jí)，以前需要耗費(fèi)多年時(shí)間的計(jì)算現(xiàn)在只需幾小時(shí)甚至幾分鐘就能完成。

FHE 和其它安全計(jì)算工具讓許多合作方能在一個(gè)文件上執(zhí)行計(jì)算，這就避免了敏感數(shù)據(jù)被泄露給黑客。

例如，一個(gè)用戶信用報(bào)告機(jī)構(gòu)可以在不解密個(gè)人數(shù)據(jù)的情況下分析和生成信用評(píng)分。初級(jí)護(hù)理醫(yī)生可以同專家、實(shí)驗(yàn)室或基因組學(xué)研究人員及制藥公司共享患者醫(yī)療記錄，各方都能在不暴露患者身份的情況下訪問相關(guān)數(shù)據(jù)。

安全社區(qū)已在積極準(zhǔn)備應(yīng)對(duì)未來(lái)。去年12 月，IBM 科學(xué)家向美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)局提交了后量子加密技術(shù)，希望其可以用作全球標(biāo)準(zhǔn)——這意味著我們向網(wǎng)絡(luò)安全競(jìng)賽的終極目標(biāo)又邁出了一步。

未來(lái)五年五大科技預(yù)測(cè)之浮游生物

我們的海洋臟了。人工智能機(jī)器人顯微鏡可以拯救它。

未來(lái)五年內(nèi)，小型自主AI顯微鏡將在云中聯(lián)網(wǎng)并部署到世界各地，持續(xù)監(jiān)測(cè)對(duì)人類生存至關(guān)重要的水資源狀況。

到2025年，全球?qū)⒂谐^一半的人生活在缺水地區(qū)，但是現(xiàn)在科學(xué)家很難對(duì)海洋、湖泊和河流狀況相關(guān)的最基本數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)收集和分析。

通過部署一些特殊的傳感器可以檢測(cè)到水中特定的化學(xué)物質(zhì)和狀況，但卻無(wú)法檢測(cè)預(yù)料之外的物質(zhì)，如入侵物種或者新流入的化學(xué)物質(zhì)。

而浮游生物是水域健康的天然生物傳感器，即便是非常微小的水質(zhì)變化也會(huì)影響它們的行為。它們還是海洋食物鏈的基礎(chǔ)，充當(dāng)著10多億人的主要蛋白質(zhì)來(lái)源。然而，人們對(duì)浮游生物在其自然棲息地中的行為了解甚少，研究它們通常需要收集樣本并將樣本送到實(shí)驗(yàn)室。

IBM 研究人員正在研發(fā)小型的自主顯微鏡。這種顯微鏡放在水體中可以就地監(jiān)視浮游生物、識(shí)別不同的物種，并跟蹤其在三維空間中的移動(dòng)。借助這些發(fā)現(xiàn)成果，人類可以更好地理解浮游生物的行為，比如它們對(duì)溫度、石油泄漏以及溢流等各種因素導(dǎo)致的環(huán)境變化有何反應(yīng)。我們甚至可以用浮游生物來(lái)預(yù)測(cè)人類水供應(yīng)所面臨的威脅，比如赤潮。

新型顯微鏡沒有透鏡，依賴一個(gè)成像芯片（就像任何手機(jī)上的芯片）來(lái)捕獲浮游生物從芯片前游過時(shí)的陰影，無(wú)需對(duì)焦就能生成其健康狀態(tài)的數(shù)字樣本。

未來(lái)，該顯微鏡有望借助高性能、低功耗的AI技術(shù)實(shí)現(xiàn)本地分析和解讀數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)報(bào)告任何異常，并及時(shí)采取應(yīng)對(duì)措施。

對(duì)浮游生物有益的環(huán)境，對(duì)所有人也有益。

未來(lái)五年五大科技預(yù)測(cè)之密碼錨定：

有密碼錨定和區(qū)塊鏈聯(lián)手，造假的冒牌貨將無(wú)處遁形。

在未來(lái) 5 年內(nèi)，密碼錨定 (cryptographic anchors) 和區(qū)塊鏈技術(shù)將保證產(chǎn)品從生產(chǎn)源頭一直到客戶購(gòu)買的整個(gè)過程都真實(shí)可信。

每年，欺詐給全球經(jīng)濟(jì)造成的損失超過6000億美元。在某些國(guó)家，一些特定的救命藥中有近70%是假藥。

一條供應(yīng)鏈往往由分散于多個(gè)國(guó)家的數(shù)十個(gè)供貨商組成，鏈條如此復(fù)雜，很難提防不法分子在其中搞鬼，因而目前從紙幣到消費(fèi)電子產(chǎn)品，市場(chǎng)上任何產(chǎn)品都可能出現(xiàn)造假。

密碼錨定是IBM研究人員正在開發(fā)的一種可以防篡改的數(shù)字指紋，可以被嵌入到產(chǎn)品或零部件中，并與區(qū)塊鏈相鏈接。數(shù)字指紋有不同的種類，當(dāng)與區(qū)塊鏈技術(shù)結(jié)合時(shí)，它可以成為驗(yàn)證產(chǎn)品真?zhèn)蔚囊环N強(qiáng)有力的手段。

例如，一種用于瘧疾驗(yàn)血的塑料醫(yī)療器械目前在全非洲有數(shù)百萬(wàn)的仿冒品，通過浮雕技術(shù)可以在產(chǎn)品上添加一個(gè)無(wú)法修改的光密碼。此外，還可以在每顆瘧疾藥上涂抹少許可食用的磁性墨水。只要用智能手機(jī)掃描一下，醫(yī)生或患者就能立即驗(yàn)證藥物是安全的真品。

但是對(duì)于無(wú)法直接嵌入密碼錨定的液態(tài)物品（比如一瓶 1982 年的波爾多葡萄酒）或者某種昂貴金屬，又該如何確保其真實(shí)性呢？，又該怎么辦呢？

IBM 科學(xué)家也考慮到這個(gè)問題，他們推出的一種密碼錨定將配備了特殊光學(xué)設(shè)備的移動(dòng)傳感器或手機(jī)與 AI 算法結(jié)合起來(lái)，這樣就能通過紙質(zhì)標(biāo)簽學(xué)習(xí)和識(shí)別所有事物的光學(xué)結(jié)構(gòu)和特征 - 整個(gè)過程在一張自拍的時(shí)間內(nèi)就能完成。甚至，它還可以在數(shù)分鐘內(nèi)確定是否存在某種 DNA 序列。

有些密碼錨定的作用不僅限于驗(yàn)證實(shí)體商品的真?zhèn)?。全球最小的?jì)算機(jī)（名副其實(shí)）是 IBM 設(shè)計(jì)的一種邊緣設(shè)備架構(gòu)和計(jì)算平臺(tái)。它比一粒鹽還小，制造成本不足 10 美分，卻可以監(jiān)視、分析、傳輸數(shù)據(jù)，甚至能根據(jù)數(shù)據(jù)采取行動(dòng)。它在人眼幾乎看不到的面積中封裝了數(shù)十萬(wàn)個(gè)晶體管，能用于查證一個(gè)產(chǎn)品在長(zhǎng)途運(yùn)輸過程中的處理是否恰當(dāng)。

這些密碼錨定能夠支持新的解決方案去驗(yàn)證食品安全、驗(yàn)證制造元件和轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品的真?zhèn)?、識(shí)別冒牌貨和奢侈品的來(lái)源等。首批產(chǎn)品有望在接下來(lái)的 18個(gè)月內(nèi)上市。未來(lái) 5 年內(nèi)，隨著微流控芯片技術(shù)、封裝平臺(tái)、密碼學(xué)、非揮發(fā)性內(nèi)存及設(shè)計(jì)的進(jìn)步，這些系統(tǒng)將從實(shí)驗(yàn)室走入市場(chǎng)。