——訪土耳其科學家、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技術在全球獨領風騷，但并非所有人都知道華為5G技術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。

　　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，并接受采訪。正值假期，被青山環(huán)繞的比爾肯特大學顯得格外靜謐。

　　1987年，土耳其青年科學家阿里坎在取得麻省理工學院博士學位后回國任教，開啟了漫長的學術探索之路。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，花費數(shù)年時間，讓極化碼和5G技術走出實驗室，走入尋常百姓家。

　　2016年11月，國際無線標準化機構（3GPP）無線物理層（RAN1）第87次會議在美國召開，經過激烈競爭，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碼（LDPC碼）和法國主推的渦輪碼（TURBO碼），成為5G移動增強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)介入標準、產品全鏈條參與的通信標準，對中國通信企業(yè)而言具有劃時代意義。

　　通信領域開天辟地的大事

　　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，自信息論之父香農在1948年提出信道編碼定理以來，尋找能夠達到信道的“香農極限”（指在會隨機發(fā)生誤碼的信道上進行無差錯傳輸?shù)淖畲髠鬏斔俾剩┑木幋a，就一直是一代代人追求的目標，而香農最初只是提出了存在這樣的可能，但卻沒有提及明確的構造及如何有效實現(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，嚴格地證明了極化碼可以達到信道容量，這是理論上前無古人的一大突破。在實際應用上，阿里坎給出了明確的編碼以及譯碼方法，并且復雜度極低，硬件實現(xiàn)也簡單，這也是為什么極化碼從實驗室到工業(yè)界標準只用了短短10年的時間，而同樣逼近“香農極限”的低密度奇偶校驗碼（LDPC碼）的這一過程用了55年。因此，無論是實際應用還是理論價值，極化碼的發(fā)現(xiàn)都是通信領域開天辟地的大事。

　　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)包都會經歷嚴重的噪聲干擾，而極化編碼能夠將當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。但實際上，極化碼在2007年就與世人見面了，因為我當時在個人網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，我在麻省理工學院的博士畢業(yè)論文就與此相關。科學不是一蹴而就的事情，必須為了目標做長期的準備，鍥而不舍的毅力至關重要�！�

　　要摘科學樹上最高的果實

　　“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’。從美國回到土耳其之后，我就一直在比爾肯特大學，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。加拉格于20世紀60年代發(fā)明了低密度奇偶校驗碼，而大約50年后阿里坎發(fā)明的極化碼被應用于5G技術。香農、加拉格這樣的科學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”，而要去摘樹上最高的那一顆果實，甚至是那顆連有沒有都不確定的果實。

　　“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問題，他們最經常給出的回答是‘我不知道’‘我不懂’，因為有知識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’，風險很高；當然，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，美國的機制鼓勵大學教授們做短期研究，盡可能多寫論文。而自己所在的大學沒有這樣的強制要求，他也正是為了從事長期研究才回到土耳其。阿里坎表示，比爾肯特大學是土耳其最好的研究型大學，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，從香農提出香農公式到他自己發(fā)現(xiàn)極化碼經過了大約60年，如果跟美國大學申請要解決一個60年未解決的課題，被校方拒絕是大概率的事，因為他們更傾向于馬上出成果的項目，對這種“前景不明”的課題是不會感興趣的。本世紀初，楊偉豪等發(fā)明和發(fā)展的網絡編碼技術就是一項重要的發(fā)現(xiàn)，并且也是在美國之外的地方做出來的。

　　阿里坎認為，從20世紀80年代至今，土耳其國內環(huán)境有利于長期性科研，這個時期也是阿里坎迄今學術生涯的主要時期。在他看來，世界永遠在變，美國也在變，20世紀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，那些堅持做基礎研究、長期研究的國家、大學以及企業(yè)，一定會走得更遠，而那些只注重眼前利益和短期經濟效益的國家，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術會議和進行演講當作旅行。但自從研究極化碼以來，他就很少進行這樣的旅行了，因為要忙于科研。他很少度假，因為不同的生活方式和時差會打亂他的思緒。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、好學心和求知心而做的事情�！卑⒗锟步忉尀槭裁磿�在比爾肯特大學工作的原因時說，這所大學是他的“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，有充分的自由進行選擇，而這種自由正是政府和大學賦予科研人員的權利。

　　阿里坎建議年輕學者要持續(xù)發(fā)表論文，數(shù)量不一定要大，但是要保證質量，同時思考一兩個“大問題”，二十年、三十年日復一日地反復思考。比如英國數(shù)學家懷爾斯就曾秘而不宣地思考，并在1995年最終證明了費馬大定理，實際上持續(xù)地思考大問題已經成為這類科學家的愛好。阿里坎說：“我做學問的初衷是突破固有知識的限制，加深人們對事物的認知。科學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備�！卑⒗锟舱劦�。

　　中國的科學之路將更加光明

　　阿里坎是中國的�？�。中國刺繡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，其中相當一部分是華為公司員工送給他的�！皩ξ襾碚f，最難的事情就是給中國人送禮物，因為去了中國才發(fā)現(xiàn)那里的花瓶、字畫等工藝品實在是太好了，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，因為在過去的一段時間里，中國很多大學只教授‘怎么辦’，卻不討論‘為什么’，這就像只講解怎么造一架飛機，卻不思考飛機為什么能飛。”

　　“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。中國頂尖的大學正盡其所能地開展基礎研究教育，一些大學的教學水平在世界范圍來看都是最好的。”他認為，中國的科學之路將更加光明，中國具有強大的生產力，現(xiàn)在創(chuàng)新能力也在不斷增強，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）