——訪土耳其科學(xué)家、極化碼理論之父阿里坎
阿里坎教授講解極化碼的原理。馮源攝/光明圖片
人們都知道華為5G技術(shù)在全球獨(dú)領(lǐng)風(fēng)騷，但并非所有人都知道華為5G技術(shù)是基于土耳其阿里坎教授提出的“極化碼”（Polar Code）理論發(fā)展而來的。2018年7月26日，華為在深圳總部為阿里坎舉行頒獎儀式，致敬他為人類通信事業(yè)發(fā)展所作出的貢獻(xiàn)。
日前，這位“極化碼之父”邀請本報記者前往他工作的地方土耳其比爾肯特大學(xué)，并接受采訪。正值假期，被青山環(huán)繞的比爾肯特大學(xué)顯得格外靜謐。
1987年，土耳其青年科學(xué)家阿里坎在取得麻省理工學(xué)院博士學(xué)位后回國任教，開啟了漫長的學(xué)術(shù)探索之路。就在同一年，華為在中國深圳正式創(chuàng)辦。2009年，阿里坎正式在《電氣與電子工程師協(xié)會（IEEE）信息論匯刊》上發(fā)表極化碼理論的論文。華為敏銳地察覺到這篇論文的價值，投入數(shù)十億美元，花費(fèi)數(shù)年時間，讓極化碼和5G技術(shù)走出實(shí)驗(yàn)室，走入尋常百姓家。
2016年11月，國際無線標(biāo)準(zhǔn)化機(jī)構(gòu)（3GPP）無線物理層（RAN1）第87次會議在美國召開，經(jīng)過激烈競爭，華為等中國企業(yè)主推的極化碼方案擊敗美國主推的低密度奇偶校驗(yàn)碼（LDPC碼）和法國主推的渦輪碼（TURBO碼），成為5G移動增強(qiáng)寬帶場景在短碼上的控制信道編碼最終方案，這是中國公司第一次從概念研發(fā)介入標(biāo)準(zhǔn)、產(chǎn)品全鏈條參與的通信標(biāo)準(zhǔn)，對中國通信企業(yè)而言具有劃時代意義。
通信領(lǐng)域開天辟地的大事
極化碼到底是什么？為什么有這么大的魔力？阿里坎對記者說，簡單地說，自信息論之父香農(nóng)在1948年提出信道編碼定理以來，尋找能夠達(dá)到信道的“香農(nóng)極限”（指在會隨機(jī)發(fā)生誤碼的信道上進(jìn)行無差錯傳輸?shù)淖畲髠鬏斔俾剩┑木幋a，就一直是一代代人追求的目標(biāo)，而香農(nóng)最初只是提出了存在這樣的可能，但卻沒有提及明確的構(gòu)造及如何有效實(shí)現(xiàn)譯碼。而極化碼使得問題迎刃而解。
此后的故事是這樣的：直到2009年，阿里坎第一次明確地提出了極化碼的概念，嚴(yán)格地證明了極化碼可以達(dá)到信道容量，這是理論上前無古人的一大突破。在實(shí)際應(yīng)用上，阿里坎給出了明確的編碼以及譯碼方法，并且復(fù)雜度極低，硬件實(shí)現(xiàn)也簡單，這也是為什么極化碼從實(shí)驗(yàn)室到工業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)只用了短短10年的時間，而同樣逼近“香農(nóng)極限”的低密度奇偶校驗(yàn)碼（LDPC碼）的這一過程用了55年。因此，無論是實(shí)際應(yīng)用還是理論價值，極化碼的發(fā)現(xiàn)都是通信領(lǐng)域開天辟地的大事。
極化碼原理很簡單，我們使用無線通信時，每次傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包都會經(jīng)歷嚴(yán)重的噪聲干擾，而極化編碼能夠?qū)?dāng)前的信道通過極化變換分裂成兩種“極性”的信道：完全無噪聲的信道和全部都是噪聲的信道，我們只需在干凈的信道上傳輸消息即可。
阿里坎說：“2009年論文正式發(fā)表。但實(shí)際上，極化碼在2007年就與世人見面了，因?yàn)槲耶?dāng)時在個人網(wǎng)站上公布了這篇論文。這是一個不斷積累的過程，我從1985年開始做這方面的思考，我在麻省理工學(xué)院的博士畢業(yè)論文就與此相關(guān)。科學(xué)不是一蹴而就的事情，必須為了目標(biāo)做長期的準(zhǔn)備，鍥而不舍的毅力至關(guān)重要。”
要摘科學(xué)樹上最高的果實(shí)
“為什么是你，而不是其他什么人發(fā)現(xiàn)了極化碼？”
面對記者的這個問題，阿里坎用一則比喻來回答：“在開墾荒地時，有些人覺得這里沒辦法種出果樹，就轉(zhuǎn)移到別的地方去了。有些人種出一些小果樹之后，就去別的地方接著種其他小果樹，最后一直在游蕩。而我是一直堅守在這里的人，最后種出了最高大的果樹。機(jī)會在哪里，人們就去哪里，這在美國尤其明顯，美國人把這種短期研究稱為‘容易得手的果實(shí)’。從美國回到土耳其之后，我就一直在比爾肯特大學(xué)，這里的環(huán)境有利于我從事長期研究�！�
阿里坎的老師是加拉格，加拉格的老師是信息論之父香農(nóng)。加拉格于20世紀(jì)60年代發(fā)明了低密度奇偶校驗(yàn)碼，而大約50年后阿里坎發(fā)明的極化碼被應(yīng)用于5G技術(shù)。香農(nóng)、加拉格這樣的科學(xué)家都勇于嘗試探究事物本源，這樣的師生傳承可謂美談。
阿里坎從老師那里學(xué)到的最重要的教誨就是，問最基本的問題，而這些問題往往又是最難的問題；不要總想著去摘“容易得手的果實(shí)”，而要去摘樹上最高的那一顆果實(shí)，甚至是那顆連有沒有都不確定的果實(shí)。
“每天工作完之后，回到家，吃個晚飯，寫出一堆論文，看上去挺好、挺安逸，但這不是我想要的，我一定要弄清楚事情的根本原理。如果你去問我的老師加拉格和香農(nóng)問題，他們最經(jīng)常給出的回答是‘我不知道’‘我不懂’，因?yàn)橛兄R的人更清楚地知道自己的界限，而且他們都只會問自己最難的問題，那種可以改變世界的問題。我不能說我就是我老師那樣的人，但我盡我所能地嘗試做那樣的人。如果一個人思考這種類型的問題，那么他要么到最后兩手空空、什么都沒有發(fā)現(xiàn)，要么他能做出對世界產(chǎn)生重大影響的發(fā)現(xiàn)，而我做的研究就是屬于這種類型。這種研究是‘高危工作’，風(fēng)險很高；當(dāng)然，如果成功的話，也是高回報的。目前，仍然有很多這樣的基礎(chǔ)性問題有待解決，也有在思考這些問題的人，但是受到大環(huán)境的影響，做這種思考的人還是少數(shù)�！�
只重眼前利益終將被時代淘汰
“一些美國的教授問我，為什么極化碼沒有出現(xiàn)在美國？”阿里坎自己回答說，美國的機(jī)制鼓勵大學(xué)教授們做短期研究，盡可能多寫論文。而自己所在的大學(xué)沒有這樣的強(qiáng)制要求，他也正是為了從事長期研究才回到土耳其。阿里坎表示，比爾肯特大學(xué)是土耳其最好的研究型大學(xué)，好的研究都是在安靜的環(huán)境下做出來的，如果每天都有人來問你要寫什么文章，那就出不了好的成果。
阿里坎說，從香農(nóng)提出香農(nóng)公式到他自己發(fā)現(xiàn)極化碼經(jīng)過了大約60年，如果跟美國大學(xué)申請要解決一個60年未解決的課題，被校方拒絕是大概率的事，因?yàn)樗麄兏鼉A向于馬上出成果的項(xiàng)目，對這種“前景不明”的課題是不會感興趣的。本世紀(jì)初，楊偉豪等發(fā)明和發(fā)展的網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)就是一項(xiàng)重要的發(fā)現(xiàn)，并且也是在美國之外的地方做出來的。
阿里坎認(rèn)為，從20世紀(jì)80年代至今，土耳其國內(nèi)環(huán)境有利于長期性科研，這個時期也是阿里坎迄今學(xué)術(shù)生涯的主要時期。在他看來，世界永遠(yuǎn)在變，美國也在變，20世紀(jì)50至60年代的麻省理工與今天的麻省理工絕對不是同一個樣子。但可以肯定的是，到最后，那些堅持做基礎(chǔ)研究、長期研究的國家、大學(xué)以及企業(yè)，一定會走得更遠(yuǎn)，而那些只注重眼前利益和短期經(jīng)濟(jì)效益的國家，終將失去競爭力并被時代淘汰。
科研是一種“24小時的工作”
“我每天工作16個小時，每天思考著問題入睡，醒來之后第一件事情也是思考問題，有時候睡一覺之后某個問題就想清楚了。實(shí)際上，科研就是這樣一種‘24小時的工作’�！睒I(yè)余時間中，阿里坎也會下下國際象棋，年輕的時候喜歡踢足球，把去世界各地參加學(xué)術(shù)會議和進(jìn)行演講當(dāng)作旅行。但自從研究極化碼以來，他就很少進(jìn)行這樣的旅行了，因?yàn)橐τ诳蒲�。他很少度假，因�(yàn)椴煌纳罘绞胶蜁r差會打亂他的思緒。他每天的作息時間都很固定，保持著健康的節(jié)奏。
“科研是一件關(guān)于好奇心的事情，不是為了工作而工作的事情，也不是為了金錢而做的事情，而是完全出于好奇心、好學(xué)心和求知心而做的事情�！卑⒗锟步忉尀槭裁磿诒葼柨咸卮髮W(xué)工作的原因時說，這所大學(xué)是他的“避難所”。每天早晨，在辦公室時，他能自主決定今天要做什么研究和思考，有充分的自由進(jìn)行選擇，而這種自由正是政府和大學(xué)賦予科研人員的權(quán)利。
阿里坎建議年輕學(xué)者要持續(xù)發(fā)表論文，數(shù)量不一定要大，但是要保證質(zhì)量，同時思考一兩個“大問題”，二十年、三十年日復(fù)一日地反復(fù)思考。比如英國數(shù)學(xué)家懷爾斯就曾秘而不宣地思考，并在1995年最終證明了費(fèi)馬大定理，實(shí)際上持續(xù)地思考大問題已經(jīng)成為這類科學(xué)家的愛好。阿里坎說：“我做學(xué)問的初衷是突破固有知識的限制，加深人們對事物的認(rèn)知�？茖W(xué)界還有很多沒有解決的問題，必須迎難而上，去解決問題，最后一刻的豁然開朗正是科研帶給人的最大樂趣�！�
“誰知道你會不會‘中彩’呢？要是哪天你起床的那一刻，靈感突然到訪了呢？其中有偶然的成分，但更重要的是多年的積累和準(zhǔn)備�！卑⒗锟舱劦健�
中國的科學(xué)之路將更加光明
阿里坎是中國的�？汀Ｖ袊汤C是阿里坎辦公室里唯一一件裝飾品。他說，家里還有很多中國禮物，其中相當(dāng)一部分是華為公司員工送給他的。“對我來說，最難的事情就是給中國人送禮物，因?yàn)槿チ酥袊虐l(fā)現(xiàn)那里的花瓶、字畫等工藝品實(shí)在是太好了，我很難選出禮物回贈”。
阿里坎說：“我去中國的時候，一些記者問過我，包括華為公司創(chuàng)始人任正非也問過我同樣的問題：‘中國科技發(fā)展迅速，為什么像極化碼這樣的重要理論沒有首先出現(xiàn)在中國？’我說，因?yàn)樵谶^去的一段時間里，中國很多大學(xué)只教授‘怎么辦’，卻不討論‘為什么’，這就像只講解怎么造一架飛機(jī)，卻不思考飛機(jī)為什么能飛�！�
“而現(xiàn)在，中國在這兩個方面都做得非常好，這也是華為為什么能成功、中國5G科技為什么能成功的原因。中國頂尖的大學(xué)正盡其所能地開展基礎(chǔ)研究教育，一些大學(xué)的教學(xué)水平在世界范圍來看都是最好的�！彼J(rèn)為，中國的科學(xué)之路將更加光明，中國具有強(qiáng)大的生產(chǎn)力，現(xiàn)在創(chuàng)新能力也在不斷增強(qiáng)，未來發(fā)展一定會更加成功。
�。ü饷魅請蟀部ɡ�8月17日電 駐安卡拉記者 馮源）
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