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访谈

阿里坎:思考那些可以改变世界的问题

冯源
2019-08-18 10:31:22  来源:光明日报

——访土耳其科学家、极化码理论之父阿里坎

  阿里坎教授讲解极化码的原理。冯源摄/光明图片

  人们都知道华为5G技术在全球独领风骚,但并非所有人都知道华为5G技术是基于土耳其阿里坎教授提出的“极化码”(Polar Code)理论发展而来的。2018年7月26日,华为在深圳总部为阿里坎举行颁奖仪式,致敬他为人类通信事业发展所作出的贡献。

  日前,这位“极化码之父”邀请本报记者前往他工作的地方土耳其比尔肯特大学,并接受采访。正值假期,被青山环绕的比尔肯特大学显得格外静谧。

  1987年,土耳其青年科学家阿里坎在取得麻省理工学院博士学位后回国任教,开启了漫长的学术探索之路。就在同一年,华为在中国深圳正式创办。2009年,阿里坎正式在《电气与电子工程师协会(IEEE)信息论汇刊》上发表极化码理论的论文。华为敏锐地察觉到这篇论文的价值,投入数十亿美元,花费数年时间,让极化码和5G技术走出实验室,走入寻常百姓家。

  2016年11月,国际无线标准化机构(3GPP)无线物理层(RAN1)第87次会议在美国召开,经过激烈竞争,华为等中国企业主推的极化码方案击败美国主推的低密度奇偶校验码(LDPC码)和法国主推的涡轮码(TURBO码),成为5G移动增强宽带场景在短码上的控制信道编码最终方案,这是中国公司第一次从概念研发介入标准、产品全链条参与的通信标准,对中国通信企业而言具有划时代意义。

  通信领域开天辟地的大事

  极化码到底是什么?为什么有这么大的魔力?阿里坎对记者说,简单地说,自信息论之父香农在1948年提出信道编码定理以来,寻找能够达到信道的“香农极限”(指在会随机发生误码的信道上进行无差错传输的最大传输速率)的编码,就一直是一代代人追求的目标,而香农最初只是提出了存在这样的可能,但却没有提及明确的构造及如何有效实现译码。而极化码使得问题迎刃而解。

  此后的故事是这样的:直到2009年,阿里坎第一次明确地提出了极化码的概念,严格地证明了极化码可以达到信道容量,这是理论上前无古人的一大突破。在实际应用上,阿里坎给出了明确的编码以及译码方法,并且复杂度极低,硬件实现也简单,这也是为什么极化码从实验室到工业界标准只用了短短10年的时间,而同样逼近“香农极限”的低密度奇偶校验码(LDPC码)的这一过程用了55年。因此,无论是实际应用还是理论价值,极化码的发现都是通信领域开天辟地的大事。

  极化码原理很简单,我们使用无线通信时,每次传输的数据包都会经历严重的噪声干扰,而极化编码能够将当前的信道通过极化变换分裂成两种“极性”的信道:完全无噪声的信道和全部都是噪声的信道,我们只需在干净的信道上传输消息即可。

  阿里坎说:“2009年论文正式发表。但实际上,极化码在2007年就与世人见面了,因为我当时在个人网站上公布了这篇论文。这是一个不断积累的过程,我从1985年开始做这方面的思考,我在麻省理工学院的博士毕业论文就与此相关。科学不是一蹴而就的事情,必须为了目标做长期的准备,锲而不舍的毅力至关重要。”

  要摘科学树上最高的果实

  “为什么是你,而不是其他什么人发现了极化码?”

  面对记者的这个问题,阿里坎用一则比喻来回答:“在开垦荒地时,有些人觉得这里没办法种出果树,就转移到别的地方去了。有些人种出一些小果树之后,就去别的地方接着种其他小果树,最后一直在游荡。而我是一直坚守在这里的人,最后种出了最高大的果树。机会在哪里,人们就去哪里,这在美国尤其明显,美国人把这种短期研究称为‘容易得手的果实’。从美国回到土耳其之后,我就一直在比尔肯特大学,这里的环境有利于我从事长期研究。”

  阿里坎的老师是加拉格,加拉格的老师是信息论之父香农。加拉格于20世纪60年代发明了低密度奇偶校验码,而大约50年后阿里坎发明的极化码被应用于5G技术。香农、加拉格这样的科学家都勇于尝试探究事物本源,这样的师生传承可谓美谈。

  阿里坎从老师那里学到的最重要的教诲就是,问最基本的问题,而这些问题往往又是最难的问题;不要总想着去摘“容易得手的果实”,而要去摘树上最高的那一颗果实,甚至是那颗连有没有都不确定的果实。

  “每天工作完之后,回到家,吃个晚饭,写出一堆论文,看上去挺好、挺安逸,但这不是我想要的,我一定要弄清楚事情的根本原理。如果你去问我的老师加拉格和香农问题,他们最经常给出的回答是‘我不知道’‘我不懂’,因为有知识的人更清楚地知道自己的界限,而且他们都只会问自己最难的问题,那种可以改变世界的问题。我不能说我就是我老师那样的人,但我尽我所能地尝试做那样的人。如果一个人思考这种类型的问题,那么他要么到最后两手空空、什么都没有发现,要么他能做出对世界产生重大影响的发现,而我做的研究就是属于这种类型。这种研究是‘高危工作’,风险很高;当然,如果成功的话,也是高回报的。目前,仍然有很多这样的基础性问题有待解决,也有在思考这些问题的人,但是受到大环境的影响,做这种思考的人还是少数。”

  只重眼前利益终将被时代淘汰

  “一些美国的教授问我,为什么极化码没有出现在美国?”阿里坎自己回答说,美国的机制鼓励大学教授们做短期研究,尽可能多写论文。而自己所在的大学没有这样的强制要求,他也正是为了从事长期研究才回到土耳其。阿里坎表示,比尔肯特大学是土耳其最好的研究型大学,好的研究都是在安静的环境下做出来的,如果每天都有人来问你要写什么文章,那就出不了好的成果。

  阿里坎说,从香农提出香农公式到他自己发现极化码经过了大约60年,如果跟美国大学申请要解决一个60年未解决的课题,被校方拒绝是大概率的事,因为他们更倾向于马上出成果的项目,对这种“前景不明”的课题是不会感兴趣的。本世纪初,杨伟豪等发明和发展的网络编码技术就是一项重要的发现,并且也是在美国之外的地方做出来的。

  阿里坎认为,从20世纪80年代至今,土耳其国内环境有利于长期性科研,这个时期也是阿里坎迄今学术生涯的主要时期。在他看来,世界永远在变,美国也在变,20世纪50至60年代的麻省理工与今天的麻省理工绝对不是同一个样子。但可以肯定的是,到最后,那些坚持做基础研究、长期研究的国家、大学以及企业,一定会走得更远,而那些只注重眼前利益和短期经济效益的国家,终将失去竞争力并被时代淘汰。

  科研是一种“24小时的工作”

  “我每天工作16个小时,每天思考着问题入睡,醒来之后第一件事情也是思考问题,有时候睡一觉之后某个问题就想清楚了。实际上,科研就是这样一种‘24小时的工作’。”业余时间中,阿里坎也会下下国际象棋,年轻的时候喜欢踢足球,把去世界各地参加学术会议和进行演讲当作旅行。但自从研究极化码以来,他就很少进行这样的旅行了,因为要忙于科研。他很少度假,因为不同的生活方式和时差会打乱他的思绪。他每天的作息时间都很固定,保持着健康的节奏。

  “科研是一件关于好奇心的事情,不是为了工作而工作的事情,也不是为了金钱而做的事情,而是完全出于好奇心、好学心和求知心而做的事情。”阿里坎解释为什么会在比尔肯特大学工作的原因时说,这所大学是他的“避难所”。每天早晨,在办公室时,他能自主决定今天要做什么研究和思考,有充分的自由进行选择,而这种自由正是政府和大学赋予科研人员的权利。

  阿里坎建议年轻学者要持续发表论文,数量不一定要大,但是要保证质量,同时思考一两个“大问题”,二十年、三十年日复一日地反复思考。比如英国数学家怀尔斯就曾秘而不宣地思考,并在1995年最终证明了费马大定理,实际上持续地思考大问题已经成为这类科学家的爱好。阿里坎说:“我做学问的初衷是突破固有知识的限制,加深人们对事物的认知。科学界还有很多没有解决的问题,必须迎难而上,去解决问题,最后一刻的豁然开朗正是科研带给人的最大乐趣。”

  “谁知道你会不会‘中彩’呢?要是哪天你起床的那一刻,灵感突然到访了呢?其中有偶然的成分,但更重要的是多年的积累和准备。”阿里坎谈到。

  中国的科学之路将更加光明

  阿里坎是中国的常客。中国刺绣是阿里坎办公室里唯一一件装饰品。他说,家里还有很多中国礼物,其中相当一部分是华为公司员工送给他的。“对我来说,最难的事情就是给中国人送礼物,因为去了中国才发现那里的花瓶、字画等工艺品实在是太好了,我很难选出礼物回赠”。

  阿里坎说:“我去中国的时候,一些记者问过我,包括华为公司创始人任正非也问过我同样的问题:‘中国科技发展迅速,为什么像极化码这样的重要理论没有首先出现在中国?’我说,因为在过去的一段时间里,中国很多大学只教授‘怎么办’,却不讨论‘为什么’,这就像只讲解怎么造一架飞机,却不思考飞机为什么能飞。”

  “而现在,中国在这两个方面都做得非常好,这也是华为为什么能成功、中国5G科技为什么能成功的原因。中国顶尖的大学正尽其所能地开展基础研究教育,一些大学的教学水平在世界范围来看都是最好的。”他认为,中国的科学之路将更加光明,中国具有强大的生产力,现在创新能力也在不断增强,未来发展一定会更加成功。

  (光明日报安卡拉8月17日电 驻安卡拉记者 冯源)

编辑:张苇柠

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