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理論

訪談

阿里坎:思考那些可以改變世界的問題

馮源
2019-08-18 10:31:22  來源:光明日報

——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ɡ8月17日電 駐安卡拉記者 馮源)

編輯:張葦檸

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