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《突破多模光纤传输瓶颈！上海理工大学团队研发全光智能处理技术 开启医疗与通信新纪元》

  • 来源专题：光电信息技术
  • 编译者： 王靖娴
  • 发布时间：2025-02-08

  • 【内容概要】近日，国际顶级期刊《自然·光子学》（Nature Photonics）在线发表了上海理工大学智能科技学院顾敏院士、张启明教授团队的一项突破性研究成果。该团队通过创新性将微型光学衍射神经网络（Diffractive Neural Networks, DN2s）与多模光纤集成，成功实现全光实时图像传输技术，为医学内窥镜成像与下一代光通信系统提供了革命性解决方案。论文第一作者为蔚浩义特聘副教授。

          现有内窥镜因图像失真可能漏检微小肿瘤，而此项新技术可提升图像分辨率与信噪比，结合深度学习算法，助力医生识别早期癌症特征。未来，患者可通过更小创伤的微型设备，获得接近病理切片级的实时影像，大幅提高筛查效率。此外，传统单模光纤受限于物理特性，带宽接近理论极限。现有的多模光纤虽可容纳更高容量，却因失真难以实用。利用团队新技术通过全光处理突破瓶颈，将助力实现超高速度的通信，为6G通信、元宇宙等超大数据场景铺路。顾敏院士总结道：“这一技术成果不仅为光学智能内窥镜技术和高速光通信技术提供了技术平台，更是实现新一代的低能耗、高算力、高通量的光学人工智能技术的一项重要突破。”

  • 原文来源：http://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MjM5MjIxNzI4Mg==&mid=2654046775&idx=1&sn=c96a42a041deb7d0382cfd21ef92c0de&scene=6#wechat_redirect
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  • 《探索 | 上海理工大学纳米光子存储技术研究新突破 或将开启绿色海量光子存储新纪元》
    • 来源专题：光电情报网信息监测服务平台
    • 编译者：husisi
    • 发布时间：2024-02-23
    • 上海理工大学光子芯片研究院院长、张江实验室光计算所所长顾敏院士团队的最新科研成果在《自然》(Nature)正刊上发布。团队所提出的纳米光子存储技术，在光存储领域成功突破了光学衍射极限这一物理学难题，有助于我国在存储领域实现突破，也将在航空航天、生物医学、卫星通信等领域大显身手。 纳米光子存储示意图 引自《自然》(Nature)的“Pb容量三维纳米光子存储” 1张光盘可替代海量存储设备 近日，顾敏领导上海理工大学和中国科学院上海光学精密机械研究所的团队人员利用光存储技术，提出了绿色、长寿命、大数据存储解决方案，研究成果以“Pb容量三维纳米光子存储”为题，发表在《自然》正刊上。 随着电子产品的普及，人们对数据存储的需求越来越高。根据数据存储专业机构出具的白皮书显示，到2025年全球数据总量将由2018年的33 ZB增加到175 ZB(ZB即“泽字节”，1 ZB等于10亿TB，即太字节)，如果用时下比较主流的1TB容量的移动硬盘装这些数据，则至少需要使用1750亿个。这样不仅成本高昂，而且数据存储的寿命短。因此无论是个人日常所需，还是工农业生产，开发能够容纳海量数据且绿色安全的存储技术早已迫在眉睫。 科研人员利用双光束技术突破光学衍射极限的限制，首次证实可以在三维空间实现多至百层的、超分辨尺寸下的信息点的写入和读出，单张盘容量可以高达Pb级，相当于至少一万张蓝光光盘的容量。也就是说，在这项技术的推动下，存下全球一年数据所需的Pb级光盘的数量相较于硬盘可以减少两个数量级，达到“以一抵百”的效果。 顾敏介绍，该Pb级海量三维纳米光子存储技术是划时代的技术。以深度学习模型GPT为例，其背后的数据集，如总索引网页数量多达58亿，整个互联网的文本大小约为56Pb，如果还是用1TB容量的移动硬盘去存储这些数据，平铺开来相当于一个标准田径场的面积。而此次科研团队开发的三维纳米光子存储可以将存储空间节省至一台电脑大小，极大地降低了经济成本。 此外，为了维持数据库严苛的运行环境(如恒温恒湿、防磁防尘)需要产生巨大的能耗，以2022年为例，我国数据中心总耗电量约2700亿千瓦时，超过2座三峡水电站的年发电量。尤其令人头疼的是，每隔3到10年还需要定期进行数据迁移，这样就存在数据被篡改或丢失的风险，且存储寿命短。此次科研团队开发的光子存储技术可以把耗能降低几个数量级，寿命可达50到100年。 这一颠覆性成果的提出源于团队突破了光学衍射极限的限制——像激光直写机、光学显微技术、光存储技术，无一不被光学衍射极限所限制。“2021年《科学》发布的全世界最前沿的125个科学问题中，光学衍射极限高居物理领域首位，同时也是2024年《自然》最新发布的将在未来一年关注的7个技术领域之一。可以说，我们团队攀上了这一领域的‘珠穆朗玛峰’。”顾敏说。 早在2013年，顾敏就带领团队开始了创新探索。在激光直写领域，他带领科研团队利用双光束的原理实现了9纳米激光直写技术。
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  • 《深度 | 国外技术悄然布局中国市场 人工智能发展“瓶颈”仍待突破》
    • 来源专题：中国科学院文献情报制造与材料知识资源中心 | 领域情报网
    • 编译者：姜山
    • 发布时间：2017-12-06
    • 《财经》新媒体 高素英/文 发自乌镇 随着人工智能时代的到来，“机器是否能够替代人类”成为业界最为关心的话题，然而在第四届世界互联网大会上，行业大佬对此几乎都持否定态度。在他们看来，机器不会替代人类，而是会让人类生活更美好。不过不能否认的是，未来随着新技术的不断出现，人类的很多工作将被机器所替代。由此带来的是，人类对自身不断学习的改变和对未来发展的思考。 《财经》新媒体记者从本届世界互联网大会了解到，与过去几年谈及互联网、物联网等内容不同的是，今年“人工智能”成为了最热门的话题。从阿里的无人超市，到远传技术的咨询机器人，再到量子通信等，无不体现出人工智能正在走入人们的生活。与此同时，在人工智能分论坛上，IBM、Facebook等众多外企高层均透露了其在人工智能领域的发展，并纷纷布局中国市场。而另一个事实是，从资本层面来看，中国的投资公司早在两年前就开始投资国外技术，看中这些技术未来在中国市场的应用。 值得注意的是，目前人工智能仍处在初级阶段，更多的应用体现在服务场景和工业领域，而在背后涉及的是大数据、知识和算法，还包括应用场景。但是不能忽视的是，目前行业仍然存在一定的问题，很多大数据技术的不健全影响了算法，而国内在数据开放方面相对国外还是比较落后，数据的开放亟需上下游产业联动。此外，随着人工智能的发展，与之配套的法律法规需要尽快完善出台。　 人工智能市场蓄势待发 大数据积累仍然不足 在今年的世界互联网大会上，最吸引人的热点当属人工智能。从国内企业阿里巴巴集团董事局主席马云，到联想集团CEO杨元庆、百度CEO李彦宏，小米公司董事长雷军、中国联通总经理陆益民……再到国际企业IBM资深全球总裁罗思民、Facebook全球副总裁石峰等无不提到了人工智能的发展，以及企业所面临的机会。 IDG发布白皮书称，2020年全球人工智能支出将达2758亿人民币，未来五年复合年增长率超50%。 记者从世界互联网大会各家企业的参展情况来看，涉及人工智能的企业占到半数，而最为吸引人的当属阿里的无人超市，短短两天时间排队体验的人群从未间断。无人超市应用了大量的“黑科技”。首先，通过图像识别技术，天猫无人超市将对消费者进行快速面部特征识别、身份审核，完成“刷脸进店”；其次，通过物品识别和追踪技术，再结合消费者行为识别，天猫无人超市能判断消费者的结算意图，最后通过智能闸门，从而快速完成“无感支付”。 与去年互联网大会企业纷纷以大数据和物联网概念参展不同的是，今年人工智能概念的智慧项目也多了起来，而除了人脸识别外，机器人也成了今年大会一大亮点。记者现场了解到，远传技术提供的服务机器人“小远”可以通过语音交互与参会者进行互动，能够清楚地向其介绍有关大会议程、展位、交通、休闲、天气甚至旅游等多方面的内容。在世界互联网大会的其他展台，友邦、搜狗、京东、百度、科大讯飞等多个企业也推出了理财、物流、医疗等相关垂直领域的机器人。 浙江远传信息技术股份有限公司董事长徐立新表示，目前为大会提供服务的机器人主要用于咨询服务方面。去年至今，公司研发的几类机器人已经进入了银行和通信企业的营业厅、科技园区、小区等多场景，实现商业化应用。预计未来两到三年内，咨询服务机器人会得到大规模爆发，人对机器人的接受程度也会越来越高。 与其他行业相同的是，机器人对数据的要求也非常高，机器人汲取越多数据，越能为人类提供更详尽的服务，这就需要各类数据的互联互通。但目前，受多种因素影响，不同行业、企业、政府间的数据共享仍不彻底，存在较大的局限性，数据共享度低，亟需得到改善。 “大数据背后是各种算法，但是因为数据的不足，目前机器人深度学习的能力还不够”。徐立新表示，人工智能的发展还在起步阶段，主要原因有两方面：首先是原始数据的积累不足。人工智能发展最重要的基础就是大数据的积累，通过大量的数据分析来了解智能机器人每一步、每一句话，这背后需要大量的算法。目前国外大数据要比国内更全面，数据更开放，一些国外知名的大学也对外开放。 其次，目前机器人的生产厂家大部分还处在初创阶段，对业务场景的设计还不够有经验。如果用机器人来写稿，不仅要掌握一些语言逻辑，还要掌握被采访人的语言习惯等问题，所以需要编制标准的话术。如果没有标准的话术，机器人就无法真正的理解人类，所以机器人深度学习的能力还有待提高。 关于人工智能如何解决各行业的痛点，联想CEO杨元庆表示，过去大家谈到智能制造,就是机器人、机器臂，其实这只是数字化的设备，机器人、机器臂对应的是IoT，而不是智能制造的全部。要真正实现智能制造的话，最后一定是围绕着数据、计算力、算法来考虑。 中国联通集团总经理陆益民表示，随着网络连接以及处理能力的提升，海量数据也在逐步产生。过去的数据，包括不同的专业、不同的领域、不同的公司，就像互联网公司、运营商，大量的数据也都是割裂的。但随着进一步的整合，计算存储能力的提升，这些数据的整合会越来越多，而且随着物与物之间连接快速地扩充，海量的数据也会是人工智能将来的一个很重要的爆发点，引导人工智能的未来发展。 他还表示，虽然算法不是运营商的优势，但联通愿意联合各个产业链，打造一个能力开放的平台，共同培育未来人工智能的“参天大树”。 “人工智能在金融、房产、教育、医疗、能源、物流等方面都有非常多的应用，今天我们看到很多生产端已经遍布了各种各样的传感器，已经能够搜集到很多的数据，但是对于这些数据的使用还非常不够。” 百度CEO李彦宏说。　 机器能否替代人类成焦点 大规模商业化尚需时日 今年，人工智能受到前所未有的关注，这也使得关于其发展所存在的问题也成为了与会企业家讨论的热点。那么机器是否会替代人类？人工智能商业化还存在哪些担忧？ 马云认为，虽然技术革命带来极大的影响，但机器不会顶替人类，而是让人类继续创新、创造，让人类的工作进一步进化。互联网正在深入到社会的方方面面，而这次技术革命的影响力可能超过过去一切技术革命的组合。未来30年，互联网将无处不在，没有人能够离开网络时代。 在他看来，不用过度担心新技术和机器的发展。这几年市场都弥漫着一种对新技术的担心，担心机器会控制人类，担心人类会毁灭在自己最伟大的发展之中。其实新技术不是顶替人类，而是让人做更有价值的事情。 苹果首席执行官库克表示，很多人谈到人工智能非常担心，我不担心机器像人一样思考，更担心人像机器一样思考，必须为技术注入人性，将价值观注入到技术中，保持开放。科技本身并没有好坏之分，必须把科技赋于人性是每个人的责任，技术的好处是普惠于民,苹果将竭尽全力降低进入App生态圈的门槛。 人工智能正处在从实验室走向大规模商业化的早期阶段，今日头条张一鸣认为，很多人对它所带来的经济、法律、安全、伦理等问题开始担忧。比如，可能会导致大规模失业;可能导致经济发展不平衡;可能导致贫富差距加大;可能完全颠覆包括精算、保险、金融等传统行业;可能让很多城市修改现行的交通法规。 对于人工智能在机器人应用方面的问题，徐立新认为，目前机器人还主要用于服务场景，如果要有更灵活的动作针对不同的场景，不仅需要大量的大数据和算法，还要结合机械自动化，与工业结合。那么带来的不仅仅是技术的挑战，还有就是不能忽视成本的提高，也就是替代人的成本。 目前人工智能在图像识别、语音识别、无人驾驶等应用技术进展迅速，而智能网联汽车、机器人、无人机、智能家居，医疗服务等领域也将得到进一步的应用。但是其面临的问题和挑战，仍然是制约大规模商业化运作的关键所在。 徐立新认为，目前人工智能最主要应用在服务和工业领域，其中工业领域已经实现了商业化，而服务机器人从去年已经开始商业化，但大规模普及面临着实际的问题。一方面因为缺少大数据，机器人深度学习能力的不足，影响推广受到局限；其次，后端推广面临着方方面面的挑战，就服务领域的机器人而言，涉及到如何保护人类隐私、出现事故有谁来承担等问题，国家应该有相应的法律法规来规范。 尽管业界所担心的问题还在争论中，但是不容忽视的是人工智能的应用也只是刚刚起步。 李彦宏表示，人工智能不仅2C的领域中有应用，在2B的领域也有应用。互联网的时代感受到的改变是2C领域，包括智能驾驭、智能音箱等，但是实际人工智能也会改变2B，也就是改变制造端、供应端。以百度与连锁超市合作为例，用人工智能的技术可以提升合作超市里的生鲜货品效率，利润可以提升20%，报损率可以降低30%以上。 对于人工智能商业化，业内人士认为，人工智能的商业落地离不开三个要素，大数据、知识和算法、应用场景，但是知识和算法只是技术门槛，并不能使其产业化，因此必须要有合适的应用场景以及相应支撑的大数据，才能形成产业基础。只有让这三个要素正向循环才能够让一家公司不断发展，让人工智能真正实现商业化落地。 国外技术悄然布局中国市场 未来或呈爆发之势 尽管人工智能目前仍处于初期阶段，业界对其面临的问题有所担心，但是其发展前景已不容忽视。根据有关方面的统计数据显示，2030年之前中国会成为人工智能方面的领军者，预计产值会达到1万亿美元。 业内人士认为，未来随着人工智能的发展，有些行业的人工将会很快被取代。工业机器人将取代流水线工人，目前国内工厂很多流水线已经使用工业机器人在操作，该行业发展最快；其次被替代的是服务行业，替代率在50%以上。首先呼叫中心的工人被智能机器人取代，替代率高达80%；其次，餐厅的服务人员被替代；此外，小区的安保人员也会被服务机器人取代，目前在绿城一些高档楼盘，远传机器人就已经进入。而最被业界关注的是，未来两三年内，医疗机器人将有取代医生（门诊、手术类）的趋势，随着普通疾病诊疗的流程化和手术的精细化，未来这类岗位完全有可能被机器人取代。 从这些趋势不难看出，人工智能所体现在机器人领域的发展前景。当然这些还不包括其他在电商平台场景化的应用等。《财经》新媒体记者在采访中了解到，不管是国内投资企业，还是国际技术厂商，早已经关注到中国市场在人工智能方面的发展前景并纷纷布局。在他们看来，人工智能在未来十年将呈爆发态势，而全球60%的市场将在中国。 浙江民营企业联合投资股份有限公司副总裁周冠鑫对记者表示，其实早在人工智能商业模式还没有成熟之前，就开始对这一领域进行布局。具体主要是投资国外的人工智能技术公司，下一步还 将陆续把这些技术引入国内市场。引入的方式就是与国内有实力的硬件供应商进行合作，加速人工智能的应用。 据其透露，目前比较看好的领域包括电商平台线上与线下互动涉及到的人工智能应用，如进入一个商场如何通过人工智能迅速试穿各种衣服等，还有就是服务机器人在小区的应用。前期技术的投资都是基于应用驱动的投资，下一步将会成立人工智能产业基金，吸引更多的硬件厂商加入，迅速将国外投资的技术引入国内。 值得注意的是，除了国内投资公司对国外人工智能技术的关注外，外资企业也悄然布局中国市场。 《财经》新媒体记者注意到，世界互联网大会上举办的各种论坛数不胜数，惟独人工智能的分论坛被挤得水泄不通，会议开始一个小时门口仍有长队排起。而IBM、Facebook高层的出席更是让业界多了几分好奇。 IBM资深全球总裁罗思民表示，目前主要是基于用户或是消费者的人工智能，在其看来是比较窄范围的AI，在2050年将迎来比较宽泛的人工智能革命。那时的人工智能将基于黑箱学习系统多了一些理性。目前我们还处于人工智能的发展时期，以汽车行业为例，仍需要大量的数据、培训和机器学习。 “很多时候CPU可以计算，GPU也可以计算，GPU是用来计算图像的，其机器的深度学习也是非常重要。而IBM给出了一体化的解决方案，包括分析、安全、客户的接触以及全球的生态体系的建立。而实现这一系统的建立需要与中国合作伙伴一起，联合打造一个开放的POWER服务器的创新生态系统，该系统可以和其他系统兼容，形成一个开放性的平台。”罗思民说。 他透露，IBM在医疗领域涉足很多，包括肿瘤领域、基因领域、政府、生命科学、医疗成像等，有一个“沃森医疗”项目与很多医疗公司均有合作。目前管理着超过300亿张医疗影像，与很多的医院都有合作。与中国合作有百洋医药，此外还有中国电子信息产业集团有限公司，目前也是与正在一起建立一个基于中国的医疗数据平台。同时，还与浪潮合作，也建立了相应的医疗合作平台。 Facebook全球副总裁石峰表示，最近在亚洲做了一个调查，46%的中小型企业都使用Facebook创业，我们帮助他们启动自己的业务，中小企业和客户的交流都比较简单，而助借人工智能来解决比较简单的问题会比人做得更好。因此，Facebook对于中小型企业来说是能够扮演着一个转型升级的助动器。 随着国外技术巨头加大对中国市场的布局力度，可以预见的是，人工智能将会在不久的将来呈现爆发式增长，而业界对其最大的担心是机器替代人类以及给人类带来的危机。不过徐立新认为，机器替代的是人类最普通、重复性比较强的工作，这就促使人类要不断学习，对于未来提高人类整体进步水平有着很好的促进作用。
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