Издание MIT Technology Review представило ежегодный список 10 главных технологических достижений.
Это список технологических свершений, которые будут иметь реальное значение в решении важных проблем. Как мы выбрали их? Исключили одноразовые новости и новинки мобильной техники. Вместо них мы нашли те технологии, которые действительно изменят нашу жизнь и работу.
Интернет, который невозможно взломать
Квантовый интернет взломать невозможно. Такую сеть уже строит команда ученых во главе со Стефани Венер из Делфтского технологического университета. Сеть соединит четыре нидерландских города исключительно с помощью квантовых технологий.
Аналогичная магистраль длиной 2000 километров уже соединяет Пекин и Шанхай, однако, в отличие от нидерландской, в ней частично использованы классические компоненты, которые иногда разрушают квантовую связь. Это дает риск взлома.
Делфтская сеть основана на квантовом поведении атомных частиц, называемом запутанностью. Запутанные фотоны, попросту говоря, нельзя взломать, не нарушим их содержание. Правда, запутанные частицы сложно создавать и еще сложнее передавать их на большие расстояния. Команда Венер продемонстрировала результат на полуторакилометровом расстоянии. Ученые уверены, что они смогут установить квантовую связь между Делфтом и Гаагой к концу 2020 года. Для обеспечения непрерывного соединения на больших расстояниях потребуются квантовые повторители, расширяющие сеть.
По прогнозам нидерландских ученых, глобальная квантовая сеть будет создана к концу десятилетия.
Сверхперсонализированная медицина
Грустный пример: есть дети с настолько редкими смертельными заболеваниями, что их попросту никто не лечит. Скоро такие ситуации уйдут в прошлое благодаря новейшим лекарствам, которые можно адаптировать к генам человека. Крайне редкие заболевания, связанные с ошибками в ДНК, перестанут быть смертельными.
Одна из таких пациенток, Мила Маковец, маленькая девочка, страдающая от страшной болезни, связанной с генетической мутацией, уже получила специальный препарат миласен. Он изготовлен только для нее. Лекарство не вылечило Милу окончательно, но стабилизировало ее состояние.
Электронные деньги
В июне прошлого года Facebook представил «глобальную цифровую валюту» под названием Libra. Что-то пошло не так, и Libra может не стартовать вообще или, по крайней мере, не в том виде, как было запланировано. Но идея дала свой результат: всего через несколько дней после анонса Libra Народный банк Китая решил ускорить разработку собственной цифровой валюты. Так Китай станет первой крупной экономикой, которая выпустит цифровую версию денег для замены физических банкнот.
По-видимому, Китай видит угрозу в Libra в том, что цифровая валюта увеличит и так непропорциональное влияние США на мировую финансовую систему. Есть подозрения, что Китай намерен продвигать цифровой юань на международном уровне.
В октябре генеральный директор Facebook Марк Цукерберг пообещал Конгрессу США, что Libra «расширит финансовое лидерство Америки, а также наши демократические ценности и контроль во всем мире».
Лекарства против старения
Стартовали испытания на людях нового класса противовозрастных препаратов. Пока еще эти лекарство не позволят нам жить дольше, их цель — замедление или обращение вспять процесса старения.
Такие препараты называются сенолитиками. Они удаляют определенные «стареющие» клетки, которые накапливаются с возрастом и подавляют механизмы клеточного восстановления, создавая токсичную среду для соседних клеток.
В июне основанная в Сан-Франциско Unity Biotechnology сообщила о первых результатах у пациентов с остеоартритом коленного сустава от легкой до тяжелой степени. Результаты более крупного клинического испытания ожидаются во второй половине 2020 года. Компания также разрабатывает аналогичные препараты для лечения возрастных заболеваний глаз и легких.
Компания под названием «Алкахест» вводит пациентам компоненты, обнаруженные в крови молодых людей, и заявляет, что надеется остановить когнитивную и функциональную деградацию у пациентов, страдающих болезнью Альцгеймера легкой и средней степени тяжести. Компания также тестирует на людях лекарства от болезни Паркинсона и слабоумия.
В декабре исследователи из медицинского колледжа Университета Дрексел попытались выяснить, может ли крем, включающий иммуносупрессивный препарат рапамицин, замедлять старение кожи человека.
ИИ для открытия молекул
Молекул, которые можно использовать в качестве спасающих жизнь лекарств, очень много: исследователи оценивают их количество в 1060. Это больше, чем атомов во всей Солнечной системе. И это дает практически неограниченные химические возможности.
С помощью инструментов машинного обучения можно исследовать обширные базы данных существующих молекул и их свойства, используя эту информацию для создания новых возможностей. Такой метод позволит сделать поиск новых кандидатов в лекарства быстрее и дешевле.
В сентябре команда исследователей из гонконгской компании Insilico Medicine и Университета Торонто приблизилась к созданию эффективных лекарств путем синтеза нескольких молекул, найденных с помощью ИИ. Так ученые определили около 30 000 новых молекул с желаемыми свойствами. Из них выбрали шесть, чтобы синтезировать и проверить. В итоге одна молекула из 30 000 дошла до тестов на животных.
Созвездия спутников
Возможность строительства небольших спутников и их дешевого запуска на орбиту привела к возможности собирать из них целые «созвездия». Например, для раздачи интернета, как проект SpaceX Starlink. Только одна компания Starlink планирует отправить на орбиту в 4,5 раз больше спутников, чем было запущено с первого запуска спутника в мире.
В эпоху шаттлов запуск спутника в космос стоил около 54 700 долларов за килограмм веса. То есть запуск небольшого спутника связи весом четыре тонны стоил около 200 миллионов долларов. Современный спутник SpaceX Starlink весит 227 килограммов. Более дешевое производство и типовая архитектура значительно снизили стоимость запуска. Вывести спутник на орбиту с помощью SpaceX Falcon 9 стоит около сегодня стоит около 2730 долларов за килограммов.
Первые 120 спутников Starlink были запущены в прошлом году, и компания планировала запускать партии по 60 раз в две недели, начиная с января 2020 года. OneWeb запустит более 30 спутников в конце этого года. Это позволит раздавать интернет всем на Земле.
Впрочем, некоторые исследователи недовольны тем, что сотни спутников нарушат астрономические и метеорологические наблюдения. Еще одна угроза — возникновение миллионов осколков космического мусора после столкновения спутников между собой. Это очень осложнит будущие исследования космоса и саму работу спутников на орбите.
Квантовое превосходство
И еще о квантах. Квантовые компьютеры хранят и обрабатывают данные совершенно иначе, чем те, к которым мы все привыкли. Теоретически квантовые компьютеры могут решать такие проблемы, на решение которых у самого мощного классического суперкомпьютера уйдут тысячелетия. Например, это взлом современных криптографических кодов или моделирование точного поведения молекул для поиска новых лекарств.
Квантовые компьютеры работают уже несколько лет, но превосходят классические они лишь при определенных условиях. В октябре 2019 года компания Google анонсировала первую демонстрацию «квантового превосходства». Компьютер с 53 кубитами, основной единицей квантовых вычислений, выполнил вычисление чуть более за три минуты. По расчетам Google, у крупнейшего в мире суперкомпьютера IBM на него ушло бы в 1,5 миллиарда раз больше времени, то есть 10 000 лет. Компания IBM оспорила претензию Google, заявив, что ускорение в лучшем случае будет в тысячи раз.
И что дальше? Машины, которые могут взломать сегодняшнюю криптографию, потребуют миллионов кубитов; вероятно, потребуются десятилетия, чтобы достигнуть этого показателя. Но компьютер для поиска новых молекул для лекарств построят раньше.
Крошечный искусственный интеллект
У ИИ есть проблема: в стремлении создать более мощные алгоритмы исследователи используют все большие объемы данных и вычислительную мощность, а также полагаются на централизованные облачные сервисы. Это не только генерирует значительные выбросы углекислого газа, но также ограничивает скорость и конфиденциальность приложений ИИ.
Сейчас технологические гиганты и академические исследователи работают над новыми алгоритмами для того, чтобы уменьшить существующие модели deep learning без потери качества. Новое поколение специализированных ИИ-чипов обещает увеличить вычислительную мощность в более ограниченных физических размерах, а также обучать и запускать ИИ при гораздо меньших затратах энергии.
Эти достижения лишь начинают становиться доступными для потребителей. В мае прошлого года Google объявил, что Google Assistant теперь может запускаться на смартфонах пользователей без отправки запросов на удаленный сервер. Начиная с iOS 13, Apple использует возможности распознавания речи Siri и свою клавиатуру QuickType локально на iPhone. IBM и Amazon теперь также предлагают платформы для разработки и развертывания миниатюрного ИИ.
Уменьшение ИИ дает много преимуществ. Существующие сервисы, такие как голосовые помощники, автозамена и цифровые камеры, будут становиться лучше и быстрее без необходимости пинговать облако каждый раз, когда им понадобится доступ к модели глубокого обучения. Появятся новые приложения: медицинский анализ фото на смартфонах, автомобили с автоматическим управлением и более быстрым временем реакции. Данные станут безопаснее, ведь им не нужно будет так часто выходить за пределы одного устройства. Но при этом больше возможностей получат и мошенники, например, авторы deep fake видео.
Дифференциальная конфиденциальность
В 2020 году перед правительством США стоит большая задача: собрать данные о 330 миллионах жителей страны, сохранив при этом их приватность. Данные публикуются в статистических таблицах, которые политики и ученые анализируют при написании законодательства или проведении исследований. По закону Бюро переписи населения должно следить за тем, чтобы из этих данных нельзя было почерпнуть никакую личную информацию.
Но существуют лазейки, позволяющие «анонимизировать» отдельных людей, особенно если данные переписи объединяются с другой общедоступной статистикой. Так, Бюро переписей вносит неточности или «шум» в данные. Некоторые люди могут стать моложе, другие — старше, белые станут черные, но при этом общие показатели каждой возрастной или этнической группы будут одинаковыми. Чем больше шума вы впрыскиваете, тем труднее становится деанонимизация.
Дифференциальная конфиденциальность — это математический метод, учитывающий, насколько увеличивается конфиденциальность при добавлении шума. Этот метод уже используется Apple и Facebook для сбора совокупных данных без идентификации конкретных пользователей.
Но перебор с шумом может сделать данные бесполезными. Одно из исследований показало, что после внедрения шума перепись 2010 года показала семьи, в которых состояло около 90 человек.
Если дифференциальная конфиденциальность хорошо себя зарекомендует, ее возьмут в оборот Великобритания и Канада.
Изучение изменений климата
В последние несколько лет ученые провели множество исследований о том, насколько конкретные погодные события связаны с изменением климата, хотя раньше к этой связи отношение было скептическое. Современные, более совершенные инструменты и методы сделали такие исследования более надежными и убедительными.
Представители команды World Weather Attribution провели анализ двух сценариев — нашего мира, и мира, в котором изменение климата не произошло. И в нашем, реальном мире, вероятность сильного шторма оказалась в 2,6 раза выше, а сам шторм — интенсивнее на 28%.
Такие анализы стали возможны благодаря сочетанию достижений. С одной стороны, рост количества данных со спутников помогает нам лучше понять механизмы погоды. Кроме того, увеличение вычислительной мощности дает ученым возможность создавать симуляции с более высоким разрешением и проводить гораздо больше виртуальных экспериментов. Все это позволило ученым с большой статистической уверенностью подтвердить утверждение, что глобальное потепление часто способствует более опасным погодным явлениям.
Анализируя роли других факторов в изменении климата, мы сможем понять, к каким катастрофам нужно готовиться, насколько сильными станут наводнения и засухи, и когда глобальное потепление станет сильнее. Так мы сможем понять, как подготовить города и инфраструктуру к жизни в мире с другим климатом.
Иллюстрация: Syd Mead, NASA, Raconteur, SpaceX, okskaz—Getty Images/iStockphoto
