極化碼理論之父：思考那些可以改變世界的問題

【國外名人】

人們都知道華為5G技術在全球獨領風騷，但並非所有人都知道華為5G技術是基於土耳其阿里坎教授提出的“極化碼”（Polar Code）理論發展而來的。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發展所作出的貢獻。

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，並接受採訪。正值假期，被青山環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後回國任教，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辦。2009年，阿里坎正式在《電氣與電子工程師協會（IEEE）信息論匯刊》上發表極化碼理論的論文。華為敏銳地察覺到這篇論文的價值，投入數十億美元，花費數年時間，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移動增強寬頻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介入標準、產品全鏈條參與的通信標準，對中國通信企業而言具有劃時代意義。

通信領域開天辟地的大事

極化碼到底是什麽？為什麽有這麽大的魔力？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”（指在會隨機發生誤碼的信道上進行無差錯傳輸的最大傳輸速率）的編碼，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譯碼。而極化碼使得問題迎刃而解。

此後的故事是這樣的：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，並且複雜度極低，硬體實現也簡單，這也是為什麽極化碼從實驗室到工業界標準隻用了短短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，極化碼的發現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，每次傳輸的數據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，我們只需在乾淨的信道上傳輸消息即可。

阿里坎說：“2009年論文正式發表。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，鍥而不捨的毅力至關重要。”

要摘科學樹上最高的果實

“為什麽是你，而不是其他什麽人發現了極化碼？”

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，有些人覺得這裡沒辦法種出果樹，就轉移到別的地方去了。有些人種出一些小果樹之後，就去別的地方接著種其他小果樹，最後一直在遊蕩。而我是一直堅守在這裡的人，最後種出了最高大的果樹。機會在哪裡，人們就去哪裡，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後，我就一直在比爾肯特大學，這裡的環境有利於我從事長期研究。”

阿里坎的老師是加拉格，加拉格的老師是信息論之父香農。加拉格於20世紀60年代發明了低密度奇偶校驗碼，而大約50年後阿里坎發明的極化碼被應用於5G技術。香農、加拉格這樣的科學家都勇於嘗試探究事物本源，這樣的師生傳承可謂美談。

阿里坎從老師那裡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。

“每天工作完之後，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，那麽他要麽到最後兩手空空、什麽都沒有發現，要麽他能做出對世界產生重大影響的發現，而我做的研究就是屬於這種類型。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，但是受到大環境的影響，做這種思考的人還是少數。”

隻重眼前利益終將被時代淘汰

“一些美國的教授問我，為什麽極化碼沒有出現在美國？”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製要求，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境下做出來的，如果每天都有人來問你要寫什麽文章，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現極化碼經過了大約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，因為他們更傾向於馬上出成果的項目，對這種“前景不明”的課題是不會感興趣的。本世紀初，楊偉豪等發明和發展的網絡編碼技術就是一項重要的發現，並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，土耳其國內環境有利於長期性科研，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，到最後，那些堅持做基礎研究、長期研究的國家、大學以及企業，一定會走得更遠，而那些隻注重眼前利益和短期經濟效益的國家，終將失去競爭力並被時代淘汰。

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，醒來之後第一件事情也是思考問題，有時候睡一覺之後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’。”業餘時間中，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，因為要忙於科研。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，保持著健康的節奏。

“科研是一件關於好奇心的事情，不是為了工作而工作的事情，也不是為了金錢而做的事情，而是完全出於好奇心、好學心和求知心而做的事情。”阿里坎解釋為什麽會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麽研究和思考，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發表論文，數量不一定要大，但是要保證質量，同時思考一兩個“大問題”，二十年、三十年日複一日地反覆思考。比如英國數學家懷爾斯就曾秘而不宣地思考，並在1995年最終證明了費馬大定理，實際上持續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，最後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。”阿里坎談到。

中國的科學之路將更加光明

阿里坎是中國的常客。中國刺繡是阿里坎辦公室裡唯一一件裝飾品。他說，家裡還有很多中國禮物，其中相當一部分是華為公司員工送給他的。“對我來說，最難的事情就是給中國人送禮物，因為去了中國才發現那裡的花瓶、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，包括華為公司創始人任正非也問過我同樣的問題：‘中國科技發展迅速，為什麽像極化碼這樣的重要理論沒有首先出現在中國？’我說，因為在過去的一段時間裡，中國很多大學隻教授‘怎麽辦’，卻不討論‘為什麽’，這就像隻講解怎麽造一架飛機，卻不思考飛機為什麽能飛。”

“而現在，中國在這兩個方面都做得非常好，這也是華為為什麽能成功、中國5G科技為什麽能成功的原因。中國頂尖的大學正盡其所能地開展基礎研究教育，一些大學的教學水準在世界範圍來看都是最好的。”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，現在創新能力也在不斷增強，未來發展一定會更加成功。

（本報安卡拉8月17日電 本報駐安卡拉記者 馮源）