25 октября, 2020

10 прорывных технологий 2020 года

Ниже представлен список технологических прорывов, которые могут помочь решить важные проблемы. Как делался выбор? Обозреватели старались избежать одноразовых трюков и рекламируемых гаджетов. Вместо этого они искали настоящие передовые технологии, которые могут изменить нашу работу и жизнь.

Неприступный интернет

В этом году исследователи из Нидерландов завершат создание квантового интернета между двумя городами.

Интернет на основе квантовой физики вскоре обеспечит очень надёжную связь. Команда исследователей под руководством Стефани Венер из технологического университета Делфта создаёт сеть между четырьмя городами в Нидерландах. Эта сеть основана на квантовой технологии. Передаваемые здесь сообщения нельзя будет взломать.

За последние несколько лет учёные научились передавать пары фотонов по оптоволоконным кабелям так, чтобы надёжно защищать закодированную в них информацию. Специалисты из Китая использовали данный метод для создания сети протяжённостью 2000 км между Пекином и Шанхаем. Правда, этот проект полагается по большей части на классические компоненты, которые периодически ломают квантовую связь до установления новой. Это повышает риск взлома.

Сеть Делфта будет первой с передачей сигнала между городами на основе квантовой технологии от начала и до конца.

Технология полагается на квантовое поведение атомных частиц под названием запутывание. Запутанные фотоны невозможно незаметно прочитать, не повредив их содержимое.

Запутанные частицы сложно создавать и ещё сложнее передавать на большие расстояния. Команда Венер показала возможность отправки частиц на расстояние более чем 1,5 км. Они уверены, что смогут создать квантовую связь между Делфтом и Гаагой уже к концу года. Установление невзламываемых соединений на больших расстояниях потребует квантовых повторителей на протяжении сети.

Подобные повторители сейчас разрабатываются в университете Делфта и в других местах. Первые из них должны быть завершены в ближайшие пять или шесть лет, говорит Венер. Глобальная квантовая сеть может появиться к концу десятилетия.

Сверхперсональная медицина

Передовые лекарства будут лечить уникальные генетические мутации.


Как выглядит безнадёжный случай? Ребёнок с неизлечимым заболеванием, настолько редким, что от него не только нет лечения, но никто даже не начинал исследовать его в медицинских лабораториях. В этом просто нет экономического смысла.

Скоро это может измениться благодаря новому классу лекарств, которые будут нацелены на гены конкретного человека. Если очень редкое заболевание вызвано определённой ошибкой в генах (а таких заболеваний существует тысячи), будет хотя бы вероятность исправить это.

Один из подобных случаев произошёл с маленькой девочкой по имени Мила Маковец, которая страдает от разрушающего заболевания из-за уникальной генетической мутации. Она получает лекарство, разработанное специально для неё. Её случай был описан в октябрьском номере New England Journal of Medicine после того, как врачи перешли от анализа её генетической ошибки к лечению всего за год. Лекарство было названо Милазен (milasen).

К сожалению, оно не вылечило девочку. Однако, препарат стабилизировал её состояние, уменьшил схватки и позволил стоять и ходить с помощью других людей.

Подобное лечение стало возможным благодаря тому, что никогда ещё генная медицина не была такой быстрой и с такими шансами на успех. Новые лекарства могут заменять гены, редактировать или лишать чувствительности, как в данном случае. Это своего рода молекулярный стиратель, который убирает или исправляет ошибочные генетические сообщения. Между всеми этими вариантами лечения есть нечто общее. Их можно запрограммировать, словно цифровое устройство, чтобы скорректировать или компенсировать наследственные заболевания и ошибки ДНК.

Подобных историй пока известно немного. Однако, их будет всё больше. Раньше перед исследователями были препятствия и они говорили «Мне жаль», а теперь они видят решения в ДНК и пытаются помочь.

Реальная проблема подобных вариантов лечения в том, что они не соответствуют почти всем известным методам разработки, тестирования и продажи лекарственных препаратов. Кто будет платить за создание лекарств для одного человека, на что нужны большие команды учёных и производителей, то есть большие деньги?

Читать также:  Следующая версия стандарта Wi-Fi сможет фиксировать движение в вашем доме

Цифровые деньги

Подъём цифровой валюты окажет большое влияние на финансовую конфиденциальность.


В прошлом июне компания Facebook объявила о создании глобальной цифровой валюты под названием Libra. Эта идея породила много отрицательных откликов и запуск Libra не состоялся, по крайней мере в первоначальном виде. И всё же, кое-какое влияние данная валюта оказала. Всего через несколько дней после анонса Facebook официальный представитель банка Китая сообщил об ускорении разработки собственной цифровой валюты. Китай собирается стать первой крупной мировой экономикой, которая выпустят цифровую версию своей валюты на замену физическим наличным.

Лидеры Китая могли обратить внимание на Libra, которая могла поддерживаться долларами США. Для них это угроза, способная увеличить и без того непропорционально большое влияние США на глобальную финансовую систему. Это влияние основано на долларе как на главной мировой валюте. Некоторые подозревают, что Китай намеревается продвигать цифровой юань на международных рынках.

В результате существование Libra превратилось в геополитический вопрос. В октябре генеральный директор Facebook Марк Цукерберг пообещал Конгрессу, что Libra усилит финансовое лидерство США и демократические ценности по всему миру. Таким образом, началась война цифровых валют.

Лекарства против старения

Лекарства, которые попытаются замедлить естественный процесс старения в организме, показывают многообещающие результаты.

Первая волна нового класса препаратов против старения добралась до этапа тестирования на людях. Эти лекарства не позволят жить дольше, по крайней мере пока. Они нацелены на лечение определённых болезней, замедляя или обращая вспять фундаментальный процесс старения организма.

Такие лекарства назвали сенолитики. Они работают, убирая определённые клетки, которые с возрастом накапливаются в организме. Такие клетки называются увядающие и они способны создавать низкоуровневые воспаления, которые подавляют нормальный механизм клеточного восстановления и создают токсичную среду для соседних клеток.

В июне компания Unity Biotechnology из Сан-Франциско объявила первые результаты у пациентов с остеоартрозом коленей от средней до тяжёлой степени. Результаты более крупного клинического испытания ожидаются во второй половине нынешнего года. Ещё компания разрабатывает похожие препараты для лечения связанных с возрастом заболеваний глаз и лёгких, среди прочих.

Сенолитики сейчас тестируют на людях, как и другие многообещающие методы противостояния биологическому процессу, который лежит в основе старения и различных заболеваний.

Компания под названием Alkahest внедряет пациентам компоненты из крови молодых людей и надеется остановить когнитивный и эмоциональный упадок при болезни Альцгеймера от умеренной до средней. Также компания обладает лекарствами против болезни Паркинсона и деменции, которые сейчас тоже проходят испытания на людях.

В декабре исследователи из медицинского колледжа при университете Дрексела наблюдали за тем, поможет ли крем с препаратом подавления иммунитета под названием рапамицин замедлить старение кожи.

Исследователи продолжают работу и хотят проверить, можно ли отсрочить наступление возрастных заболеваний, таких как болезни сердца, артрит, рак и деменция.

Обнаруженные при помощи искусственного интеллекта молекулы

Учёные применили ИИ для обнаружения многообещающих компонентов лекарств.


Мир молекул, которые можно превратить в спасающие жизни лекарства, огромен. Исследователи оценивают их количество примерно в 10 в степени 60. Это больше, чем атомов в солнечной системе, что открывает почти безграничные химические возможности, если только учёные смогут найти нужные сочетания.

Новые инструменты машинного обучения могут исследовать большие базы данных существующих молекул и их свойства, используя эту информацию для создания новых соединений. Это позволит быстрее и дешевле обнаруживать новые препараты для лекарств.

В сентябре группы исследователей из Гонконга и университета Торонто продемонстрировали работоспособность этой стратегии, синтезировав несколько препаратов-кандидатов, найденных при помощи ИИ.

Химики мечтают обнаружить новые молекулы, на что требуются годы работы и интуиция. Теперь у них есть новый инструмент, который расширяет их возможности.

Огромные созвездия спутников

Можно будет по доступной цене строить, запускать и управлять десятками тысяч спутников на орбите одновременно.


Спутники могут транслировать широкополосное подключение к интернету на терминалы. Если эти терминалы находятся в поле зрения спутников в небесах, они могут раздавать интернет на любые ближайшие устройства. Одна только компания SpaceX только в этом десятилетии хочет отправить на орбиту в 4,5 раза больше спутников, чем всё человечество отправило за всю историю.

Читать также:  Всё что нужно знать о смартфоне Motorola RAZR 2020

Эти огромные скопления спутников стали возможными, поскольку люди научились создавать компактные спутники и снизили стоимость запуска. Во время эпохи космических полётов на шаттлах запуск спутника стоил примерно $24800 на 1 фунт веса. Небольшие коммуникационные спутники могут весить по 4 тонны, поэтому их запуск обходился примерно в $200 млн.

Сегодня спутник SpaceX Starlink весит около 500 фунтов (227 кг). Архитектура с возможностью повторного применения и более дешёвое производство означают, что можно устанавливать десятки таких спутников на ракеты-носители и это значительно снижает стоимость запуска. Запуск SpaceX Falcon 9 сегодня обходится примерно в 1240 на фунт веса.

Первые 120 спутников Starlink запустили в прошлом году и компания планирует запускать ещё по 60 каждые две недели с января 2020 года. OneWeb запустит в этом году более 30 спутников. В результате на орбите их будут тысячи, работая совместно для распространения доступа в интернет в самых удалённых местах планеты и к самым бедным слоям населения.

Это произойдёт, если всё сработает как задумано. Некоторые исследователи недовольны, поскольку опасаются за развитие астрономии, так как спутники могут мешать наблюдать за космосом. Ещё хуже перспектива столкновения спутников, которое может вызвать цепную реакцию и привести к катастрофе. На орбите появятся миллионы обломков космического мусора, из-за которого работа спутников и будущее исследование космоса станет почти невозможным. Starlink в минувшем сентябре едва не столкнулся с метеорологическим спутником ESA. Это напомнило о том, что мир не готов к управлению подобным орбитальным трафиком. Что произойдёт с созвездием спутников в нынешнем десятилетии, определит будущее орбитального космического пространства.

Квантовое превосходство

Google предоставила первое явное свидетельство того, что квантовый компьютер намного превосходит классический.

Квантовые компьютеры хранят и обрабатывают данные совсем не так, как мы привыкли. Теоретически они способны решать задачи, с которыми не справляются самые мощные нынешние суперкомпьютеры. Например, это взлом криптографических кодов или симуляция точного поведения молекул для поиска новых лекарств и материалов.

Работающие квантовые компьютеры существуют несколько лет, но они действуют только при определённых условиях. В октябре Google продемонстрировала первый пример такого квантового превосходства. Компьютер с 53 кубитами, которые представляют собой базовую единицу квантовых вычислений, производил такие вычисления на протяжении чуть более 3 минут.

В Google говорят, что у классических крупнейших мировых суперкомпьютеров на эти вычисления ушло бы 10000 лет, что в 1,5 млрд. раз дольше. В IBM оспорили заявление Google, говоря о превосходстве в тысячи раз, а не в миллиарды. В любом случае, это важный шаг вперёд и каждый дополнительный кубит делает квантовый суперкомпьютер в два раза быстрее.

Впрочем, демонстрация Google была просто доказательством концепции. Всё равно что складывать на калькуляторе случайные числа и показывать, что ответ правильный. Теперь цель заключается в строительстве компьютеров с достаточным количеством кубитов, чтобы решать по-настоящему важные проблемы. Это трудная задача: чем больше кубитов, тем сложнее поддерживать их чувствительное квантовое состояние. Инженеры Google считают, что их подход даст возможность работать с 100-1000 кубитов, чего может хватить, чтобы сделать что-то полезное. Впрочем, в этом никто не уверен наверняка.

Что будет дальше? Способные взломать современные криптографические шрифты компьютеры должны состоять из миллионов кубитов. На их разработку могут уйти десятилетия. Если можно будет моделировать молекулы, процесс разработки должен пойти быстрее.

Крохотный ИИ

Теперь мы можем запускать мощные алгоритмы на наших смартфонах.


У ИИ есть проблема: чтобы создавать более мощные алгоритмы, исследователи используют всё большее количество данных и вычислительной мощи, полагаясь на централизованные облачные сервисы. Это не только приводит к повышению выброса углекислого газа в атмосферу, но и ограничивает скорость и конфиденциальность приложений с применением ИИ.

Ответом становится крохотный ИИ. Технологические гиганты и академики в институтах работают над новыми алгоритмами для уменьшения существующих моделей глубокого обучения без потери их возможностей. Тем временем, нарождается поколение специализированных чипов ИИ, которые обещают принести большую вычислительную мощь в ограниченное физическое пространство и работать с ИИ с меньшим расходом энергии.

Читать также:  Microsoft запустила панель отслеживания коронавируса в поисковой системе Bing

Эти преимущества только начинают доходить до обычных потребителей. В прошлом году Google объявила, что теперь её ассистент может работать на смартфонах пользователей без отправки запросов на серверы. В iOS 13 речевое распознавание ассистента Siri и набор QuickType на клавиатуре работают локально. IBM и Amazon предлагают платформы для разработчиков для создания и развёртывания крохотного ИИ.

Всё это несёт с собой много преимуществ. Существующие сервисы, такие как голосовые ассистенты, автоматическое исправление текста, цифровые камеры станут лучше и быстрее без необходимости обращаться к облаку каждый раз, когда им нужна модель глубокого обучения. Крохотный ИИ сделает возможными новые приложения, вроде мобильного анализа медицинских снимков или автомобилей с автопилотами, время реакции которых будет снижено. Наконец, локальный ИИ улучшит конфиденциальность, поскольку ваши данные не будут покидать устройство.

Будут и трудности. Станет сложнее противостоять системам наблюдения и видео Deepfake, подобные алгоритмы могут начать распространяться повсеместно. Исследователи, инженеры и политики должны совместно разработать регулирующие работу этих алгоритмов законы.

Дифференциальная конфиденциальность

Метод измерения конфиденциальности критически важных наборов данных.


В 2020 году перед правительством США стоит большая задача: собрать данные о 330 млн. жителей страны, при этом сделать это конфиденциально. Данные будут в статистических таблицах, которые смогут анализировать политики при написании новых законов или учёные при проведении исследований. По закону бюро переписи населения должно удостовериться, что данные невозможно идентифицировать, связав их с конкретными людьми.

Однако, существуют методы деанонимизации людей, особенно если данные бюро переписи объединить с другой публично доступной статистикой.

Поэтому бюро переписи внедряет в собираемые данные неточности, так называемый шум. Некоторые люди могут стать старше, другие младше, чёрных назовут белыми и наоборот. При этом совокупность возрастов и этнических групп останется правильной. Чем больше шума в данных, тем труднее определить реальных людей.

Дифференциальная конфиденциальность представляет собой математический метод, где конфиденциальность увеличивается за счёт такого шума. Этот метод уже используют Apple и Facebook для сбора совокупных данных без определения конкретных пользователей.

Слишком большой объём шума может сделать данные бесполезными. Анализ показывает, что перепись 2010 года включает в себя домохозяйства, где живут по 90 человек.

Если всё пройдёт как задумано, этот метод будут использовать и другие правительственные учреждения и в других странах, таких как Канада и Великобритания.

Признаки изменения климата

Исследователи могут наблюдать следы изменения климата в необычных погодных явлениях.

Через 10 дней после тропического шторма Imelda в прошлом сентябре началось наводнение около Хьюстона. Исследователи из команды быстрого реагирования тогда сказали, что изменение климата сыграло в этом роль.

Группа под названием World Weather Attribution провела компьютерную симуляцию высокого разрешения. Сравнивался мир с климатическими изменениями и без. Если изменения есть, как в реальности, вероятность сильных штормов в 2,6 раза выше и их интенсивность выше на 28%.

Ранее в этом десятилетии учёные не особо хотели связывать отдельные погодные события с изменением климата. Однако многие исследования экстремальных погодных условий за последние несколько лет и улучшение инструментов и методов наблюдения делают результаты более достоверными.

Этого удалось достичь при помощи ряда технологий. Например, увеличение продолжительности сбора подробных спутниковых данных помогает понять работу природных систем. Увеличение вычислительной мощи даёт учёным возможность создавать симуляции более высокого уровня и проводить больше виртуальных экспериментов.

Эти и другие улучшения позволили учёным заявить, что глобальное потепление приводит к увеличению числа опасных природных явлений.

Определив роль климатических изменений и отделив их от других факторов, исследователи говорят, какие риски ждут нас в будущем. В том числе сколько наводнений ожидать и насколько сильная будет жара. Если воспользоваться собранными данными, можно будет перестроить города и инфраструктуру под изменения климата.

Добавить комментарий