最新前沿動態：人工觸覺+意念控制、虛擬記憶植入、第一架量子計算機橋、芯片級原子鐘
點擊： 作者：知了 來源：戰略前沿技術 發布時間:2016-10-17 11:55:23
美國國防部高級研究計劃局（DARPA）剛剛取得一項突破性研發成果，利用大腦植入體讓一名癱瘓者恢復了觸覺。
DAPRA的這項研究成果具有革命性意義，它給一位名叫內森·庫伯蘭德（Nathan Copeland）的癱瘓者植入了一組可以收發信息的大腦植入體，庫伯蘭德可以通過這個大腦植入體控制機械臂做出一些動作。比如給自己喂一塊巧克力。
2004年的一場車禍讓庫伯蘭德胸部以下全部癱瘓，癱瘓了將近十年的他自愿參加了DARPA進行的一場臨床試驗。正是這場試驗讓他重新有了觸摸的感覺，他說這就好像他自己的手摸到了東西一樣。
為了讓庫伯蘭德有這種觸覺，匹茨堡大學的DARPA研究員在庫伯蘭德大腦中負責處理運動功能和手指和手掌的感覺的區域植入了四個微電極陣列，然后將它們跟機械臂相連。測試結果表明，精確度幾乎達到了百分之百。
DARPA生物技術辦公室主任賈斯汀·桑切斯博士（Dr. Justin Sanchez）在聲明中表示：“在試驗中，研發團隊決定在不告訴庫伯蘭德的情況下按動他的兩根手指而不是一根，結果他馬上就感覺出來了，他問是否有人想捉弄他。當時我們已經知道，他通過機械手獲得的感覺是非常接近自然的。”
這只是DARPA 2006年啟動的“假肢革新計劃”（Revolutionizing Prosthetics）取得的眾多成果中的一個。DARPA以前展示過一款超級強大的假肢，不管從外觀、感覺還是動作上來看，它都跟真正的手臂一模一樣。
DARPA預計在2019年使美國FDA組織通過這種手術的合法化。
虛假記憶植入你愿意接受嗎？
人類個性將變不真實
回想一件對你起了塑造作用的事件，然后捫心自問：這件事真的發生過嗎？
有些受試者被告知自己童年時曾因為吃了變質的桃子酸奶而生病，他們在測試中就更可能會避開桃子酸奶。
據國外媒體報道，請你回憶一下童年時期的經歷，從中選一件對你來說十分重要的事情——一件把你塑造得更加出色的事件，對今天的你產生了巨大的影響。然后請你捫心自問，你確定這件事真的發生過嗎？
假設一下，如果有些人處于好意，故意把一段生動的、偽造出來的回憶植入了你的腦海中，希望這段回憶能使你變成一個更好的人。你發現了這個事實之后，又會作何感想呢？也許你會備受感動，因為有人如此關心你，給了你這么一份足以改變人生的“大禮”；但你也許會怒火中燒，因為有人居然沒有征得你的同意，就給你洗了腦。
這聽上去有點像科幻小說中的情節，但它其實并不像乍看上去那樣荒謬——至少從理論上來說是這樣。早在幾十年前，就已經有研究記憶的科學家發現，我們對過往經歷的回憶其實并不準確，有時我們甚至會完整地記得某件從未發生過的事情。這些假回憶有可能是自己產生的，但更可能是因為有人在你的腦海中埋下了一顆“假種子”，每次我們回想這件事，都會為它添加更多的細節。
重要的是，我們知道就像回憶真實事件一樣，假回憶也可能會對我們的行為產生影響。在一次實驗中，一組受試者被告知，他們回答的問卷結果被錄入了一套計算機算法中，可以判斷出各種的童年經歷發生過的可能性。一部分受試者被告知，從他們的問卷結果來看，他們童年時期曾經因為吃了變質的桃子酸奶而生過?。ㄆ鋵嵅]有發生過這樣的事）。而另一組成人受試者并沒有被告知這一事件。
兩周之后，兩組受試者都參加了一次味覺測驗，品嘗不同食物的樣品。此次研究似乎與上一次毫無關系。結果研究人員發現，兩組受試者吃掉的食物數量都差不多，只是上述的第一組受試者吃掉的桃子酸奶比另一組少了25%。這些人紛紛表示，他們可以回憶起那次“生病”的經歷。簡單來說，要是有人想故意在你腦海中植入一段假回憶，從理論上來說其實并沒有那么難以實現，而且恰當的假回憶還能對你的人生產生積極的影響。受到此類實驗的啟發，有些研究人員還想更進一步，發明所謂的“假記憶節食法”。
我們能否通過植入“有益”的假記憶來解決肥胖問題呢？或者改善各種各樣的健康問題呢？就算這樣的發明從理論上來說是可以實現的，問題是，它在道德上到底正不正當呢？當然，已經有人嘗試過這些手段了。在過去幾十年間，有些心理治療師在自己記錄的案例中宣稱，他們通過操控病人的記憶，解決了病人的精神問題。我們必須思考這樣的干預療法究竟是否正當。
在一項由英國維康基金會（Wellcome Trust）贊助的最新研究中，科學家向來自英國和美國的約一千名觀眾介紹了一種虛構的“假回憶療法”。他們要求觀眾想象一名超重的患者尋求專業幫助時的情景。治療師在這名患者不知情的情況下， 向患者的腦海中植入了虛構出來的童年回憶，試圖改變該患者對高脂食物的偏愛。但一直到治療完成的數月之后，治療師才揭露了這場騙局的真相。研究人員的問題是：你們能接受這種療法嗎？
而人們給出的答案也五花八門。雖然有41%的人表示無法接受這種療法，但還有48%的人稱可以接受這種療法。此外，只有四分之一的人認為這種療法是完全不符合道德的，當他們得知竟然有十分之一的人認為它完全符合道德時，他們感到非常驚恐。還有許多人似乎認為，只要這樣做對患者有利，他們就不反對故意操縱患者的記憶。
這些發現可以說十分驚人，但在2011年，一項分析人們對所謂的“記憶抑制藥物”態度的研究也得到了類似的結果。在那次研究中，約有一半的人表示，如果他們遭遇了一次嚴重的創傷，他們會希望自己可以拿到一劑藥，減輕痛苦的回憶。而今年7月發表的另一項調查顯示，有23%的美國成人認為，為了增強認知能力、向健康人的大腦中通過手術植入設備在道德上是可以接受的。順帶說一句，有34%的人表示，他們希望給自己植入這樣的設備，這個比例比前一個問題還要高。
那么，人們對這個問題的反應為什么會有這樣大的差別呢？研究人員為了更進一步，要求200名受試者詳細談談自己對“假回憶療法”的看法。支持者認為，幫助患者恢復健康比什么都重要，有些人甚至希望自己也接受這樣的療法，或將它介紹給自己的親朋好友。而反對者認為，這樣的療法比現在的健康干預手段好不到哪里去。有一名美國人這樣寫道：“我不認為這是個問題……畢竟，很多療法都需要服藥或做手術，這些都得把真正的異物放進身體里。有時這些東西并不一定能起效，反而會弊大于利。因此，把假記憶植入某人的腦海中似乎并不會造成什么傷害。”
反對者的原因則更加多樣。有些人認為這種做法很不道德，還有些人擔心這種干預措施最終會被用來做壞事。一名英國女性寫道：“這太危險了。我能想到的第一個用途，就是讓同性戀相信自己‘應該’是異性戀。執政黨還可能會用這種方法為自己贏得選票。現在談這些似乎還為時過早，但一旦人們掌握了這種能力，也許就不是這么回事了。”
但對很多人而言，假記憶的植入剝奪了我們的自由意志和真實性——我們的個性不再是真實的，我們做出的人生決策也不再是自己所有的——這才是最令人不安的地方。相信大家都對此深有同感。
有些人擔心，假記憶的植入會剝奪我們的自由意志和真實性。
如果我們能通過植入“有益”的假記憶來解決肥胖問題的話，那將是一條大新聞。
未來究竟會如何呢？如果記憶修改療法可以實現、并且很多人都樂于接受它的話，也許我們就得好好問問自己，我們究竟希望自己與回憶之間的關系是什么樣的。而就算這一天永遠不會到來，對這一道德問題的思考也許也能讓我們意識到，回憶是我們最為珍貴的資產之一。不過，假回憶或許也可以同樣寶貴吧。
Sandia國家實驗室聯手哈佛大學打造
世界上第一架量子計算機橋
通過在金剛石基體中強力嵌入兩個硅原子，Sandia 實驗室的研究人員首次展示了用于建立一架連接量子計算機的一個單一芯片所需要的所有部件。相關論文發表在最新的《科學》雜志上。
「有人已經建立了小型的量子計算機」Sandia 的研究員 Ryan Camacho 說，「但是第一臺實用性的量子計算機或許不是大型的那種，而是由許多小型機連在一起的量子計算集群」
這張量子橋圖展示了金剛石中的一系列孔，孔與孔之間嵌有兩個硅原子。
在一架橋或一個網絡上分布量子信息也可以形成全新的量子傳感形式，因為量子
關聯允許網絡中所有的原子表現出貌似只有單個原子的狀態。
這項與哈佛大學合作的成果使用了一個聚焦離子束注入機（focused ion beam implanter），它由 Sandia實驗室 下的離子束實驗室設計，用于保證金剛石基板上的單離子爆破在精確位置。Sandia 的研究員 Ed Bielejec、 Jose Pacheco 與 Daniel Perry 使用注入的方式將金剛石的一個碳原子替換成較大的硅原子，擠壓任意一邊上兩個碳原子，讓它們逃離。這使得硅原子占有大部分空間，通過鄰近的非導電空缺來緩沖雜散電流。
即便這些硅原子被嵌入金剛石，它們的行為還是像在空氣中漂浮一般，因此它們的電子對量子刺激的反應就不會被其他不需要的物質所籠罩。
「我們完成的是將硅原子精準放進我們想要的位置點，」Camacho 說。「我們可以創造出數千個注入點，都能產生出能夠工作的量子設備，因為我們將原子很好 注入了金剛石基板表面之下，并將它們就地退火。在此之前，研究員們必須在幾微米的金剛石基板上從大約 1000 個隨機出現的缺陷中搜到發射原子（emitter atoms）——非碳原子——哪怕是僅僅一個發射足夠強的，能在單光子水平上是有用?！?/span>
一旦這些硅原子被放置到金剛石基板中，激光產生的光子就會碰撞出硅電子，進入下一個更高的原子能狀態；當電子返回到較低的能量狀態時，因為所有的東西都尋求盡可能低的能量水平，他們噴出攜帶信息的并按照它們的頻率、密度和波的偏振來量化的光子。
「哈佛大學研究員做了這個實驗，同時也做了光學和量子的測量，」Camacho 說?！肝覀冊斐隽诉@個全新的設備，并用聰明的辦法精確計算出有多少離子注入了金剛石基板?！?/span>
Sandia 的研究員 John Abraham 及其同事開發出的特殊的探測器——金剛石基板上的金屬薄膜，展示了通過測量單離子產生的電離信號成功實現了離子束注入。
論文：一個集成的金剛石納米量子光學網絡平臺（ An integrated diamond nanophotonics platform for quantum optical networks）
摘要：光子和量子發射器（quantum emitters）之間的有效接口構成了量子網絡的基礎，也使得在單光子水平上的光學非線性成為可能。我們展示了一個集成平臺，基于硅空位 （silicon-vacancy，SiV） 色心的可擴展量子納米光子學耦合金剛石納米元件。通過取代金剛石光子晶體洞中的 SiV 中心，我們實現了通過單色心控制量子光學開關。我們使用 SiV 亞穩態（metastable state）控制該開關，并在單光子水平上觀察光學開關。拉曼躍遷（Raman transitions ）被用來實現在金剛石波導中的可調頻率和帶寬的單光子源。通過測量難辨別的拉曼光子排放到單波導的強度相關性，我們觀測超輻射發射兩個糾纏 SiV 色心帶來的量子干涉效果。
美國陸軍將展開芯片級原子鐘研發
美國陸軍計劃制定者稱，他們最小的授時器已準備好迎來巨大發展。體積不超過一塊方糖的芯片級原子鐘（CSAC）將賦予未來作戰人員新型戰術優勢。
美陸軍通信電子研發與工程中心（CERDEC）定位導航與授時（PNT）部首席工程師保羅·奧爾森說，“簡而言之兩個詞：持續作戰。作戰中，可能被破壞，應該有能力繼續作戰。無線電臺繼續工作，網絡繼續工作，電子戰作戰也將繼續工作。”
這些問題本質上都是授時功能：無線電臺和網絡，部分依賴于嵌入于GPS信號的超精密時間測量。一旦GPS受到敵方破壞，或者由于天氣或地形問題信號消失，這些功能會失效。
過去，原子鐘幫助軍方應對GPS信號損失做了很多工作，但是原子鐘已經變成了笨重的設備——外形大、機架式安裝設備重達50~60磅（約22~27千克），且耗能很多。芯片級原子鐘將提供一個微小型的改變方案：芯片尺寸約15立方厘米，耗能較少，在進入大規模生產階段成本低于500美元。雖然這一微型原子鐘還未能研發出來，但陸軍通信電子研發與工程中心正在推進其發展。
通信電子研發與工程中心在2002年首次與美國防先期研究計劃局（DARPA）組成團隊，共同開發微型時鐘用于武器、武器系統以及徒步士兵。2010年，隨著原型成功研制出來，“芯片級原子鐘”項目工作遷移至美國陸軍制造技術（ManTech）辦公室，由美國陸軍研究與技術副部長負責（DASA-R&T）。
2013年，“芯片級原子鐘”項目再次取得進展，向PM PNT傳送了時間，管理者稱，他們已開展PM PNT的積極探索，且可能會致使該設備在2022年左右被購置，用于上車和下車系統中。PNT集成系統部門負責人約翰·戴爾·科里安諾稱，“這種技術已經存在，我們將在接下來幾年內看到項目中的設計。”
盡管這些應用的本質仍在討論中，但“芯片級原子鐘”可能會對任何依賴精確授時的不同作戰范圍產生影響。時鐘可以幫助士兵更好地利用干擾器，例如可以防止無線電控制簡易起爆裝置免受爆炸，還可以幫助保持無人駕駛飛機在GPS信號中斷的高空中保持飛行。
PNT高級研究電子工程師金永基指出，早期海軍陸戰隊將芯片級原子鐘應用于反無線電控制簡易爆炸裝置電子戰（CREW）系統中，進行了測試。這些大功率、模塊化、多頻段的射頻干擾器用來阻止敵人使用選定的無線頻譜部分。像大多數電子戰技術一樣，反無線電控制簡易爆炸裝置電子戰系統依賴于精確的授時。
研究人員還在研究芯片級原子鐘可行的航海實施方案，預想將原子鐘用于GPS不起作用的深水環境中，增強水下聲吶和定位能力。
盡管目前芯片級原子鐘的能力只經過了實驗室驗證和有限的現場測試，研究人員還希望驅動其他增強能力，甚至考慮通過采購開發潛在應用。他們正在探究更好的管理降噪、使芯片不易受極限天氣等環境因素的影響。
未來，研究人員將會把芯片級時鐘嵌入GPS設備中，這將是使時間在戰場環境下獨立應用可靠性更高的進步。
責任編輯：天山
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