谷歌实现了什么？

关毅 (本刊特约记者)

2019年10月23日，英国《自然》杂志正式发表了谷歌公司一篇声称首次实现“量子霸权”的论文，可谓“一石激起千层浪”。“量子霸权”是量子计算研究中的一个术语。如果量子计算机在某个特定问题上的计算能力超过了传统计算机，那么就被认为实现了“量子霸权”。谷歌公司首席执行官孙达尔·皮柴在接受媒体采访时说，此次成果在量子计算发展史上的地位，可媲美飞行史上莱特兄弟发明飞机时成功的12秒首次试飞。有专家指出，“量子霸权”这一概念本身并不具有太大意义，怎样利用量子计算机帮助人类解决金融、物流、医药等行业实实在在的问题，才是量子计算真正的发展方向。然而很多重要技术诞生之初都离实用较远。就像莱特兄弟发明的第一架飞机并不能解决运输等任何实际问题，但打开了一个新时代的大门。对于量子计算还有多久才能投入实用？有专家预计可能还需十年。然而无论如何，在谷歌展示“量子霸权”后，在量子计算的赛道上，包括中国研究人员在内的各国科学家都将奋起直追。真正实现“量子霸权”的日子或已不再遥远。

科学家首次重建丹尼索瓦人容貌

以色列和西班牙科学家在美国《细胞》杂志上报告说，他们根据丹尼索瓦人的表观遗传信息重建了这种早期智人的容貌，这是对丹尼索瓦人骨骼解剖学特征的首次复原。

丹尼索瓦人是一支神秘的早期智人，因发现于西伯利亚的丹尼索瓦洞而得名，生活在距今约20多万年至5万年前，被认为是同时期广泛分布于欧洲的尼安德特人的近亲。丹尼索瓦人的化石极为罕见，因此科学家对这种古人类的样貌所知甚少。

最新研究显示，丹尼索瓦人拥有56处不同于现代人和尼安德特人的解剖学特征，其中34处位于颅骨。整体来看，丹尼索瓦人可能具有与尼安德特人相似的骨骼特征，如长脸和宽阔的骨盆等，但丹尼索瓦人的颅骨比尼安德特人和现代人更宽，牙弓也更长。

研究人员从丹尼索瓦人化石中提取了古DNA(脱氧核糖核酸)信息，将丹尼索瓦人DNA甲基化数据与尼安德特人和现代人的DNA甲基化数据进行比对得出上述结论。

DNA甲基化是DNA化学修饰的一种形式，能够在不改变DNA序列的前提下改变遗传表现。根据已知的人类DNA甲基化的不同所带来的影响，研究人员进一步判断，丹尼索瓦人基因组中不同的DNA甲基化区域在骨骼解剖学上可能体现为哪些特征。

为了验证这种方法，研究人员还对已知样貌的尼安德特人和黑猩猩的骨骼形态进行了重建，结果显示准确率达85%，表明这种技术可用于重建灭绝物种的解剖学特征。

丹尼索瓦人容貌重建(图片来源：MAAYAN HAREL)

论文通信作者、以色列希伯来大学研究人员利兰·卡梅尔介绍说，当他们的论文还在接受审议时，另一个国际团队在英国《自然》杂志上描述了在中国甘肃省一处洞穴内发现的丹尼索瓦人下颌骨化石的特征，与他们的预测十分吻合。

卡梅尔表示，研究丹尼索瓦人的解剖学特征将提供有关人类适应性、发育、基因与环境互动，以及疾病机理等相关信息。

谷歌研究人员宣布成功演示“量子霸权”

量子计算已被热议多年，但它究竟能带来哪些价值？谷歌公司研究人员领衔的团队试图展示出来。他们在2019年10月23日英国《自然》杂志发表论文说已成功演示了“量子霸权”，让量子系统花费约200 s完成传统超级计算机要1万年才能完成的任务。

“量子霸权”被用于描述量子计算机发展的关键节点，指量子计算机能解决传统计算机在合理时间范围内无法解决的复杂难题。要实现这一目标需要克服很多挑战，在产生较大计算空间的同时要保证较低错误率，以及设计一种传统计算机难以处理，但量子计算机可以轻松完成的基准测试。

研究团队研制了一个由54个量子比特组成的处理器“西克莫”，与传统比特相比，该处理器利用量子叠加和量子纠缠使计算空间指数级增长。由于有1个量子比特无法有效工作，处理器实际只用了53个量子比特。

为了测试该系统，团队设计了一项对量子电路产生的随机数字进行采样的任务。对于传统计算机来说，这一任务的难度会随量子电路中量子比特数的增加而增加。实验中，量子处理器在约200 s的时间内从量子电路中采集了100万个样本，而一台尖端的超级计算机要约1万年才能完成这项任务。

论文通信作者、谷歌量子计算理论首席科学家约翰·马丁尼斯在博客上说：“这项实验是为了给团队提供一个方向来克服量子系统工程中固有的许多技术挑战，从而制造出一台具有可编程能力并且性能强大的计算机。”

据马丁尼斯介绍，团队计划下一步把能实现“量子霸权”的处理器提供给合作者、科研人员以及那些有兴趣开发相关算法和应用的公司使用，同时将投入资源尽快开发出具有容错能力的量子计算机。

此前美国IBM公司科研人员对这一成果有异议，认为其低估了传统计算机的能力，这篇论文被全文公布于《自然》杂志网站上。《自然》杂志还配发了美国麻省理工学院物理学教授威廉·奥利佛的评论，认为这一成果是计算机领域的“里程碑”，其意义相当于莱特兄弟的早期飞行。

谷歌公司(图片来源：ISTOCK.COM/JHVEPHOTO)

人工智能晋级“星际争霸2”玩家最高等级

人工智能打游戏的水平又精进了。一项在“星际争霸2”欧洲服务器上开展的“盲测”显示，谷歌旗下“深层思维”公司开发的人工智能程序“阿尔法星”在游戏中超越99.8%的人类玩家，在游戏的人族、神族和虫族排名中均达到最高的“宗师”级别。

“深层思维”研发团队在英国《自然》杂志上报告了这项成果。团队表示，虽然“阿尔法星”未能像前辈“阿尔法围棋”那样击败人类最强选手，但它已实现对“星际争霸2”的挑战并且能力达到了预期，向通用人工智能目标又迈进一步。

“星际争霸2”是一款全球流行的即时战略游戏。此类游戏有“战争迷雾”，一方需要猜测和侦察对方的行动，属于“不完美信息博弈”，玩家在任何一个情景中都面临海量选择。这是一个更接近现实世界的复杂虚拟环境。

“阿尔法星”采用基于深度神经网络的机器学习技术。最终版本的“阿尔法星”参加线上测试前累计接受了44天的监督学习，并在实验室环境下频繁与职业选手交战。

据介绍，在“星际争霸2”官网欧洲服务器上，“阿尔法星”使用与人类玩家相同的地图和条件匿名参与游戏，并能在无人干预情况下持续自我改进。为了让测试更公平，团队还根据人类玩家的水平限制了机器的某些能力，比如将“阿尔法星”的动作频率降低到与熟练人类玩家接近，并把它的视野限制在摄像头范围内。

“深层思维”研发团队认为，训练“阿尔法星”的先进方法以及算法架构未来有望用于解决复杂的实际问题，包括天气预测、气候模型计算以及语言理解等。但也有学者对现阶段人工智能挑战战略游戏的能力持保守态度。加拿大纽芬兰纪念大学人工智能学者戴夫·丘吉尔认为，“阿尔法星”仍有许多弱点，比如无法抵御以前从未见过的战略等。

人工智能晋级“星际争霸2”(图片来源：SeongJoon Cho/Bloomberg/Getty)

美药管局首次批准中国药企自主研发的抗癌新药

美国食品和药物管理局2019年11月14日批准药物泽布替尼用于治疗套细胞淋巴瘤。这是首款由中国药企自主研发、获得美药管局批准上市的抗癌新药。

泽布替尼由中国公司百济神州自主研发。主持相关临床研究的中国北京大学肿瘤医院大内科主任、淋巴瘤科主任朱军在百济神州发布的新闻稿中说，中国生物医药公司自主研发的创新抗癌药首次获得美药管局批准，是中国生物医药行业和临床肿瘤研究的一个重要里程碑。

套细胞淋巴瘤是一种侵袭性非霍奇金淋巴瘤，在美国占非霍奇金淋巴瘤的3%～10%。泽布替尼是一种布鲁顿氏酪氨酸激酶小分子抑制剂，获批用于治疗既往接受过至少一项疗法的成年套细胞淋巴瘤患者。

美药管局药品评估和研究中心官员理查德·帕兹杜尔在一份声明中说，套细胞淋巴瘤通常对初步治疗反应良好，但最终会出现反复或不再响应治疗，从而危及生命。新获批疗法的临床试验显示，84%的患者肿瘤会缩小。对于复发或难治性患者而言，这种疗法提供了另一种治疗选择。

美药管局说，在一项包括86名套细胞淋巴瘤患者的临床试验研究中，84%的患者肿瘤缩小，中位持续缓解时间为19.5月。在另一项包括32名套细胞淋巴瘤患者的临床试验中，同样有84%的患者肿瘤缩小，中位持续缓解时间为18.5月。

“让埃博拉疫情成为历史”全球首支埃博拉疫苗获批

全世界终于有了一种埃博拉疫苗。2019年11月12日，欧洲监管机构批准了一种疫苗，这种疫苗已经帮助控制了埃博拉病毒的致命暴发。这是针对埃博拉病毒的免疫接疫苗种首次通过这项审查。

欧洲药品管理局(EMA)允许美国默克制药公司销售其疫苗的决定，意味着该疫苗现在可以储存起来，并可能更广泛地分发，特别是在非洲地区。

2015年，全球疫苗和免疫联盟(一个在低收入国家资助疫苗供应的全球卫生伙伴组织)向埃博拉疫苗制造商承诺，一旦疫苗得到像EMA这样的“严格的卫生机构”的批准，它将会购买这些产品。

尽管其他几种针对埃博拉病毒的疫苗也在研发中，但默克公司的疫苗是唯一一种在埃博拉疫情暴发期间进行过测试的疫苗——在那里，它被证明能够非常有效地预防感染。

这种疫苗于2003年首次申请了专利，目前已作为紧急疫苗投入使用，以应对刚果民主共和国正在暴发的埃博拉疫情。自2018年暴发以来，此次疫情已导致约2 000人死亡。该国2018年暴发的疫情和几内亚2015年暴发的疫情也使用了这种疫苗。在刚果民主共和国当前的疫情中，数十万人接受了默克公司的疫苗注射，其中包括该国和几个邻国的6万多名卫生保健工作者。

“这是一种具有巨大潜力的疫苗。”得知EMA的决定后，全球疫苗和免疫联盟首席执行官Seth Berkley在瑞士日内瓦举行的一次新闻发布会上说，“它已经用于保护刚果民主共和国的25万多人，并很可能使重大埃博拉疫情成为历史。”

该组织一直在支持埃博拉疫苗的储存和运送，并希望能够建立一个全球供应体系，以便在未来埃博拉疫情暴发期间可以迅速开展工作。

英国伦敦卫生和热带医学院流行病学家David Heymann说，EMA批准这种疫苗“产生了很大的影响”。但他强调，对默克公司疫苗的研究和进一步开发埃博拉疫苗的工作必须继续下去。

“我们得到的信息是，这项研究还没有完成。它必须继续下去。”Heymann补充道，“继续研究疫苗并开发第二代和第三代疫苗真的很重要。这些疫苗可以提供更持久的免疫力，并且针对不止一种埃博拉病毒，同时更容易储存。”

默克公司研制的埃博拉疫苗名为Ervebo，研究人员称其为rVSV-ZEBOV-GP。该疫苗在2014年至2016年西非埃博拉疫情末期，于几内亚进行了临床试验。在那里，疫苗的接种对象是曾与埃博拉病毒感染者有过接触的人，或后来与他们有过接触的人。它被证实为接种者提供了高水平的保护。

默克公司的产品可以预防扎伊尔型埃博拉病毒，该病毒是导致刚果民主共和国疫情和2014年至2016年西非疫情的罪魁祸首。英国牛津大学病毒学家Adrian Hill说，开发针对其他种类病毒的疫苗将是重要的，特别是苏丹病毒。自1976年以来，苏丹病毒已导致7次埃博拉疫情。

根据日内瓦世界卫生组织(WHO)的数据，还有其他7种埃博拉疫苗正处于不同的临床测试阶段。2019年9月，WHO宣布，强生公司在新泽西州新不伦瑞克生产的一种疫苗将用于当前的刚果民主共和国疫情。目前，该公司已将疫苗提交给EMA审批。

欧洲药品管理局已经批准了一种埃博拉疫苗(图片来源：Pamela Tulizo/AFP/Getty)

“旅行者2号”星际穿越首批数据发布

《自然-天文学》杂志发表了一系列论文，报道了美国宇航局(NASA)的“旅行者2号”探测器在星际空间发回的首批数据。

这些论文确认了“旅行者2号”探测器于2018年11月5日进入星际空间，其当时与地球的距离是地球和太阳距离的119倍。(当时“旅行者1号”探测器距离太阳216亿km，“旅行者2号”探测器则距离这颗恒星180亿km。)

论文还阐述了日球层顶的具体性质——日球层顶是太阳系的最外层结构，也是日光层和星际空间之间的边界。

“旅行者2号”探测器是第二个穿越日光层边界的探测器。而“旅行者1号”探测器在2012年进入星际空间，传回了非常宝贵的日球层顶数据。但是，由于探测器上的等离子体设备损坏，研究人员无法收集到那次穿越的完整数据。

现在，作为人类最遥远的使者，这两艘旅行者号探测器都航行在太阳的影响范围，即日光层之外。日光层犹如宇宙中的一个巨大气泡，太阳及太阳系行星等处于“气泡”内。该探测任务也成为NASA运行最久的太空探索任务。

“旅行者2号”探测器当时发回的信号比“旅行者1号”探测器的信号要清晰得多，后者波动的信号花了几个月的时间才引起了科学家的注意。

这些信号以光速从它目前位置需要约16.5 h才能传回地球，而从地球传到太阳只需约8 min。

此次发表的这5篇论文报道了“旅行者2号”探测器进入星际空间时的初步测量数据，并重点比较了与“旅行者1号”穿越的异同之处。

不同于“旅行者1号”探测器，“旅行者2号”探测器上的设备数据显示日光层的边界更薄、更平滑，之后的星际磁场也更强。

在其中的一篇论文中，剑桥市麻省理工学院天文学家John Richardson和同事认为，穿越日球层顶发生在不到一天的时间内，而最靠近日球层顶的星际介质比预期的更热，也更多变。

在另一项研究中，帕萨迪纳市加州理工学院天文学家Edward Stone和同事通过观测发现，日球层顶和星际空间之间有一个层，而太阳风和星际风会在这个层中相互作用。但“旅行者1号”探测器并未发现这个层。

综合所有结果，研究人员认为，“旅行者1号”探测器和“旅行者2号”探测器的部分差异可能来自于太阳活动水平的变化，其他差异则可能与探测器运行的不同轨道有关。

研究人员指出，星际空间的具体性质仍有待解答，离太阳更远、尚未探索过的空间结构也存在争议。

R. Du Toit Strauss在一篇同时发表的文章中写道，“随着旅行者探测器进一步深入星际空间，它们会探索新的区域并传回新的独特数据，只有它们的直接观测才能让这些争论尘埃落定。”

这两艘旅行者号探测器都在1977年发射。“旅行者2号”探测器先发射16天，但“旅行者1号”探测器的轨道更快，因此很快就超过了它的孪生兄弟。这两艘旅行者号探测器都访问了木星和土星，对这些巨大的气体行星进行了首次近距离探测。NASA随后改变了“旅行者2号”探测器的飞行路径，后者又访问了天王星和海王星，标志着人类对这两颗行星的首次探索。

“旅行者2号”探测器的最初设计寿命为5年，到现在已运行了42年。

旅行者2号(图片来源：NASA)

IPCC发布最新海洋与冰特别报告2100年全球海平面或上升1.1 m

长期以来，世界海洋通过吸收大气中的热量和二氧化碳帮助延缓气候变化。但这种情况正在发生变化，并将在未来几十年给人类带来灾难性的后果。科学家在联合国最新发布的一份高级别报告中这样警告说。

自20世纪90年代初以来，海洋变暖的速度已经翻了一番，海洋热浪也变得更加频繁和强烈——这些趋势正在重塑海洋生态系统，并催生更猛烈的风暴。随着海洋吸收二氧化碳量的增加，其酸性正越来越强，这威胁到珊瑚礁和渔业的生存与发展。

政府间气候变化专门委员会(IPCC)发布的关于海洋和冰的特别报告警告说，如果不能大幅削减温室气体排放，渔业将会衰退，飓风的平均强度将会增加，上升的海平面将增加全球低洼地区的洪水风险。

IPCC副主席、美国国家海洋和大气管理局助理副局长Ko Barrett说，海洋“无法跟上”人类温室气体的排放。“这对自然和人类的后果是全面和严重的。”

来自30个国家的100多名科学家参与了这份报告的撰写。IPCC于2019年9月25日在摩纳哥召开的一次会议上发布了一份42页的分析摘要。

该报告预测，如果温室气体排放继续增加，到2100年，全球海平面将上升1.1 m。这比IPCC在2013年发布的上一份全球气候综合报告所估计的结果高出约10 cm。

宾夕法尼亚州立大学帕克分校地球科学家Richard Alley认为，最新报告对全球海平面上升的预测是保守的。这是因为科学家仍然不能确定气温上升何时会引发冰盖迅速崩塌，尤其是在南极洲西部。如果发生这种情况，海平面的上升速度将远远超过IPCC的最新估计。

Alley说：“海平面上升的幅度可能和最新报告预测的有差异，但绝不会少很多。”

报告指出，全球海平面上升将增加暴风雨期间发生洪水的风险，涨潮将变得更加频繁和严重。到2050年，即使大幅削减了碳排放，许多沿海城市和岛屿仍然可能发生现在每世纪发生一次的洪水事件。

该报告明确指出，人类可以在很长一段时间内减轻气候变化的最坏影响。报告预测，到2300年，海平面可能会上升0.6～5.4 m，这在很大程度上取决于各国是否以及多快采取行动控制温室气体排放。

新泽西州普林斯顿大学气候科学家Michael Oppenheimer是该报告海平面上升一章的主要作者，他说：“几个世纪以来，海平面一直在上升。问题是，这是否可控。”

该特别报告的一份草案估计，到2100年，海平面上升可能导致全球2.8亿人流离失所。Oppenheimer说，IPCC从最终分析中删除了这一数字，因为科学家认为他们误解了此前一项研究的结果。

IPCC的报告还研究了全球冰层的命运。报告说，未来几十年，地球上的冰将继续缩小。

在北极，海冰每年夏天融化，冬天结冰。自1979年以来，北极每年夏季的海冰最小范围每10年下降近13%。IPCC表示，这种变化速度可能是至少1000年来前所未有的。北极约20%的永久冻土易受突然解冻的影响，随之而来的是土壤的下沉。

从安第斯山脉到印度尼西亚，拥有小冰川的山区到2100年可能会失去80%的冰川。

Barrett说，这份报告的主要信息是，气候变化正在影响从地球最高峰到海洋深处的水，而生态系统也在作出反应。如果不大幅削减碳排放，到2100年，海洋动物的总生物量将减少15%，而渔业的最大捕获量将减少24%。

波特兰缅因湾研究所渔业生态学家Kathy Mills说，这种变化已经在许多地方显现出来。例如，在北大西洋，不断上升的气温使得露脊鲸向北迁徙，寻找更凉爽的水域。这就增加了这种海洋哺乳动物被捕虾器俘获的几率。

俄勒冈州立大学海洋生态学家、美国国家海洋和大气管理局前局长Jane Lubchenco表示：“这些海洋变化对人类的未来意味着重大问题。”

Lubchenco是可持续海洋经济高层小组的顾问，该小组于9月23日发布了自己关于气候变化和世界海洋的报告。这一分析确定了一系列行动，包括促进可再生能源和可持续渔业、遏制海运排放和保护沿海生态系统，以减少全球碳排放和限制气候变化的影响。

Lubchenco说，这些行动还将提振沿海经济，帮助人们摆脱贫困。“事实上，海洋是解决许多问题的核心。”她说，“形势相当严峻，但也不是没有希望。”

如果温室气体排放继续增加，到2100年海平面将上升1.1 m(图片来源：Ian Forsyth/Getty)

科学家尝试绘制人体“谷歌地图”旨在研究细胞是如何相互连接和作用的

美国国立卫生研究院(NIH)正在尝试将新兴技术转化为有用的数据集，目的是研究人体数万亿个细胞究竟是如何相互连接和相互作用的。研究人员在《自然》杂志上撰文称，人类生物分子图谱计划(HuBMAP)旨在描述人体生物化学环境以及单个细胞在人体主要器官中的位置。相关研究使用了被《科学》杂志誉为2018年年度突破的一项技术。

HuBMAP负责人、印第安纳州西拉菲特市普渡大学分析化学家Julia Laskin说，其目标是“建立一个构成健康系统的基线”。她说，通过这种方式，研究人员将能够发现疾病中出现的问题。

直到最近，生物医学家对人体器官是如何工作的只有一个大致的了解。如今，他们成功地在特定组织中获得了基因活动(当基因打开和关闭时)的信息。基因活动决定了细胞的功能，但器官由多种细胞组成，每一种细胞都有自己的分子结构。

2016年，利用使研究人员能够对单个细胞进行常规研究的技术，来自全球的90位科学家推出了人类细胞图谱(HCA)，目的是对细胞在不同组织中的运作方式进行分类。

HCA创始成员之一、马萨诸塞州剑桥市布罗德研究所计算系统生物学家Aviv Regev说，这项工作目前涉及来自65个国家的1 500名科学家，获得了许多机构的支持，包括维康基金会和欧盟的地平线2020计划。

这篇10月9日发表在《自然》杂志上的论文的通信作者、加利福尼亚州帕洛阿尔托市斯坦福大学基因学家Michael Snyder说，HuBMAP代表了美国政府对这一国际项目的承诺。

“希望HuBMAP能够在领导能力和构建框架方面发挥重要作用”，这将有助于HCA与其他十几个专注于特定器官(如大脑、肺、肾脏以及癌前组织)单细胞分析的项目结合起来。

这是一张正在发育的肝脏图，单个细胞在图中显示为圆点(图片来源：纽卡斯尔大学)

这种融合将涉及建立通用的标准、协议和数据表示方法。“我们希望能够尽可能多地比较‘苹果和苹果’‘橘子和橘子’。”Snyder说。

总的来说，NIH预计未来8年将在HuBMAP上花费2亿美元。到目前为止，NIH已经在未来4年里向大约120名研究人员提供了5 400万美元的资助。

一些团队将研究细胞本身——除了确定基因活性和使用其他组学方法外，他们还将使用荧光显微镜和成像方法收集关于蛋白质、脱氧核糖核酸修饰、脂质、核糖核酸和其他关键分子的空间信息，以构建细胞的三维地图。

另一些团队的任务是开发计算机工具，以一种连贯的方式呈现这些数据，并允许研究人员探索地图集。

第三组团队，包括Laskin在内，正在开发更好的技术来研究这些细胞。Laskin说，这样的发展是必要的，因为对于单细胞，“你只需要非常少量的材料进行分析”。

《自然》杂志同时也发表了两篇利用HCA新数据的论文。在一项研究中，英国纽卡斯尔大学皮肤科医生Muzlifah Haniffa和她的同事研究了来自发育中的肝脏的14万个细胞，以及7.4万个皮肤、肾脏和卵黄囊细胞，并描述了血液和免疫系统是如何形成的。他们报告说，怀孕7到17周后，肝脏产生这些血液和免疫细胞的能力发生了变化。

在第二篇论文中，英国爱丁堡大学临床科学家Prakash Ramachandran及其同事使用单细胞技术描述了所有参与形成病变肝脏疤痕组织的细胞。这些细胞包括3个关键细胞的亚型——被称为巨噬细胞的白细胞、排列在血管上的内皮细胞和被称为肌成纤维细胞的瘢痕形成细胞。Ramachandran说，了解这些细胞以及它们如何与每个细胞交流，可以找到阻止疤痕形成的方法。

来自这两篇论文的数据将成为正在开发的图谱的一部分，NIH的Richard Conroy将其描述为身体的“谷歌图谱”，在那里你可以深入到每个细胞的分子细节。最近，HCA在西班牙巴塞罗那市召开了一次会议，以了解这项努力的进展情况并讨论如何向前推进。NIH将在2020年春季与之共同主办另一次会议。“令人兴奋的是，”Regev说，“所有这些部件是如何组合在一起的。”