Квантовые компьютеры, блокчейн, киберсекс и еще 15 грандиозных прорывов последних лет23.03.2022 15:48

Солнце, воздух и вода

Дороговизна ископаемого топлива и очевидный вклад, который вносит его сжигание в глобальное потепление, заставляют ведущие страны мира активно стимулировать использование возобновляемых и безопасных источников энергии. К ним присоединились и многие крупные компании. 

Альтернативная энергетика стартовала с крайне низких позиций, но растет темпами, намного опережающими прогнозы 20-летней давности. Каждый год количество электричества, получаемого из солнечного света, ветра и воды, увеличивается на десятки процентов. Собственные генераторы устанавливают обычные домовладельцы, а для сохранения и балансирования потока энергии строятся накопители разных масштабов. Сегодня уже почти треть мирового энергопотребления удовлетворяется за счет возобновляемых источников — правда, большая часть этого количества до сих пор приходится на обычные ГЭС.

В отличие от традиционных, квантовые компьютеры оперируют не двоичными битами, а кубитами, способными принимать значения и 0, и 1 одновременно. Это обещает тотальное превосходство при выполнении целого ряда важных вычислений, а связь, организованная на принципах квантовой механики, может стать недоступной для любого взлома. Однако управлять кубитами куда сложнее, чем обычными битами, и к началу 2000-х такие системы насчитывали не более пяти кубитов. 

Но дальше дело пошло веселее, и в 2020 году создатели китайского компьютера Цзючжан даже объявили о достижении долгожданного квантового превосходства. Их инструмент легко справился с задачей, для решения которой самому быстрому в мире классическому компьютеру потребовались бы сотни миллионов лет. И хотя этот результат оспаривается, некоторые квантовые компьютеры сегодня набирают уже десятки и сотни кубитов, а сети квантовой связи используются на практике.

До недавнего времени все, что мы знали о Вселенной, было получено с помощью телескопов, ведущих наблюдения в разных диапазонах электромагнитных волн. Галилей всматривался в небо в видимых лучах, но в ХХ веке астрономы расширили свое «зрение» почти на весь спектр, от радиоволн до жесткого гамма-излучения. В последние десятилетия к ним добавились и волны совершенно иной природы — гравитационная «рябь пространства-времени», которую создают самые мощные процессы и объекты, такие как сливающиеся черные дыры и нейтронные звезды.

Само существование гравитационных волн было предсказано еще Эйнштейном, но впервые поймать их удалось лишь в 2015 году, через 99 лет после расчетов великого физика. К настоящему моменту зарегистрированы уже десятки таких событий, а астрономия обзавелась совершенно новым инструментом — гравитационно-волновыми интерферометрами. 

Весь XX век в космонавтике безраздельно доминировали большие государства. Пожалуй, именно они во многом и завели ее в тупик: как только резерв для идеологически нагруженных рекордов был исчерпан, оказалось, что такие дорогие проекты могут потянуть разве что военные. Однако в первые десятилетия нового века родилась частная космонавтика, на поле которой активно действуют десятки больших компаний и малых стартапов. Особенно этому способствовали быстрый успех SpaceX и появление многоразовых ракет Falcon 9, позволивших снизить стоимость выведения грузов на орбиту примерно вдесятеро. 

Сегодня «частники» собирают спутники, помогающие другим «частникам» проводить коммерческое освоение околоземного пространства, запускают грузовые и пилотируемые корабли, модули МКС. SpaceX и другие компании активно участвуют в программе NASA по возвращению на Луну и планируют самостоятельные экспедиции к Марсу. 

Спутниковая связь появилась уже давно, ее обеспечивают тяжелые и мощные аппараты на геостационарных орбитах. Сигналу приходится проходить около 35 тыс. км, а потом обратно, что приводит к неизбежным задержкам — до 600 мс. Это нестрашно для телетрансляций, терпимо при разговоре, но недопустимо для интернет-коммуникаций. Чтобы охватить всю планету с меньшей высоты, требуется на порядки больше спутников, причем срок их существования будет намного меньшим, а значит, придется регулярно обновлять разросшуюся группировку. 

Лишь в последние десятилетия резкое удешевление электроники и космических запусков сделало такие проекты экономически целесообразными, и сегодня на низких орбитах развертываются флотилии невероятных масштабов. Компания OneWeb запускает свою сеть связи, опираясь на группировку из почти 700 аппаратов, а проект Starlink ориентируется на более чем 40 тыс. спутников, работающих на высоте около 550 км. 

Первыми осваивать беспилотные летательные аппараты начали военные. Развитие электронных средств управления и навигации, появление глобальной системы GPS позволили массово использовать дроны еще в конфликтах 1990-х годов. Но в последние десятилетия беспилотники пришли «на гражданку». Это связано с появлением новой микроэлектроники и алгоритмов, способных контролировать работу винтов квадрокоптера — в остальном крайне простой и дешевой схемы. 

Оператору достаточно задать направление и скорость полета, всю остальную работу берет на себя автоматика. А благодаря использованию машинного обучения и компьютерного зрения некоторым дронам нужно лишь дать команду, и они самостоятельно вернутся на базу или выполнят другое задание. Аппараты китайской компании DJI задают тон на этом рынке, и сегодня каждый может купить себе летающую машину для развлечений или съемок. 

Через несколько лет на дороги общего пользования выйдут первые автономные электроавтомобили без водителя, и они полностью изменят нашу жизнь. Большая часть таких машин будет принадлежать операторам, а мы станем пользоваться ими по запросу — точно так же, как сейчас вызываем такси. Большинство людей откажется от личного транспорта: стоимость пройденного километра у беспилотного автомобиля будет в 10 раз ниже, чем у личного. К тому же загрузка у них будет в 10 раз выше, а значит, при том же пассажиропотоке машин на дорогах станет меньше. Их вообще потребуется меньше, что приведет к революционным изменениям в автопроме. 

Появится такой транспорт и на полях. Комбайны и трактора под управлением искусственного интеллекта сделают возможным прецизионное сельское хозяйство: техника будет точно знать, где что растет, и адресно вносить удобрения или бороться с вредителями. Роботизированные комбайны уже сейчас работают более точно, круглосуточно, уменьшают прямые потери при сборе урожая до 13% и повышают дневную выработку на 25%.

Сама идея систем, использующих распределенное хранение данных, родилась еще в начале 1980-х, но первый громкий проект на основе такого подхода появился лишь в 2008 году — биткоин, созданный анонимным программистом под псевдонимом Сатоши Накамото. Впрочем, и биткоин долгое время особого внимания не привлекал, пока в 2018-м криптовалюту не распробовали инвесторы. С тех пор стоимость биткоина выросла в десятки раз, следом появились и другие криптовалюты. Некоторые блокчейн-платформы, такие как Ethereum, более универсальны и позволяют не только отслеживать перемещение средств, но и заключать виртуальные смарт-контракты, надежно сохраняя все записи в своей базе данных. 

В 2021-м начался бум NFT-токенов, которые используют блокчейн для фиксации прав на любые цифровые данные, помогая продавать виртуальные художественные произведения и памятные файлы. Так, первое сообщение в истории Twitter ушло с молотка почти за 3 млн долл.

После Второй мировой вoйны в развитых странах стала популярной концепция «пригородного» образа жизни: частные дома и долгие поездки на автомобиле. Но с конца прошлого века в моду стали входить идеи создания комфортной среды в городских условиях. Официальный старт тренду дало образование в 1993 году Конгресса нового урбанизма. В последние 20 лет этот подход набрал силу, и множество популярных блогеров проповедуют его принципы: пешеходную доступность, высокую связность уличной сети, смешанное использование территорий, зеленые транспорт и строительство, разнообразие застройки и т.п. — которые в общих чертах были сформулированы еще в 1993-м. 

Отзвуки этих идей уже можно заметить и на улицах российских городов. В Москве активно развивается общественный транспорт, который объединяет разные способы передвижения в единую сеть и выходит за пределы города, связывая всю агломерацию. В разных уголках мира запускаются проекты, спроектированные в рамках нового урбанизма. А американский Департамент жилищного строительства и городского развития (HUD) положил эту концепцию в основу многомиллиардной программы по обновлению жилого фонда. Разворот такой автомобилизированной страны, как США, в сторону пешеходов, можно назвать по-настоящему тектоническим сдвигом — и это только начало.

Ключевые открытия и разработки в области молекулярной биологии и медицины, которые появились за первые десятилетия XXI века, подготавливались задолго до того. Однако именно в это время произошел ряд крайне важных прорывов. Так, в 2006 году Синъя Яманака нашел «коктейль» из нескольких сигнальных белков, которые позволяют превратить любую клетку в стволовую, чтобы затем получить из нее новые клетки нужного типа. 

В 2005-м биологи поняли, что бактерии способны защищать свой геном от вирусов с помощью системы CRISPR, — и через несколько лет этот инструментарий превратился в мощную и точную систему генной модификации. Все шире распространяется по клиникам мира иммунотерапия — лечение рака с помощью модифицированных средств иммунной системы, антител и лейкоцитов. Биология и медицина быстро становятся прецизионными, все увереннее чувствуя себя на уровне отдельных клеток и молекул.

В течение последних 20 лет компьютеры стремительно «умнели», стали распознавать образы на картинке и расшифровывать речь. Этому способствовали новые модели глубокого обучения и доступность больших вычислительных мощностей, которые необходимы для их подготовки. 

Изменения происходят стремительно: в 2011 году система IBM Watson победила людей в телешоу Jeopardy!, отвечая на вопросы, заданные в свободной форме. В 2015-м программа DeepMind AlphaGo обыграла одного из корифеев го — игры, число комбинаций в которой (10360) на много порядков больше, чем в шахматах. Стали появляться голосовые помощники, такие как Siri или Алиса, а в начале 2020-х разработчики создали огромные языковые модели, такие как GPT-3. Эффективно работая с линейными последовательностями данных, эти системы помогают в программировании, расшифровывают структуры белков и решают массу других сложных задач. Все произошло внезапно, и современную жизнь уже трудно представить без ИИ.

За два последних десятилетия стало очевидно, что традиционное животноводство вряд ли ожидает блестящее будущее. Эта отрасль не только отличается неэтичным обращением с живыми существами, но и требует очень много ресурсов: пастбищ, пищи, пресной воды. Хуже того: жвачные активно выделяют в атмосферу парниковый метан. Поэтому ученые стали искать замену естественным животным продуктам. Уже удалось составить ряд рецептов на основе веществ, которые можно получать из растений, грибов или более дешевых источников белка — скажем, насекомых.

Для придания мясного вкуса в них иногда добавляют гемоглобин. Некоторые разработчики идут еще дальше, предлагая искусственное мясо, полученное из настоящих животных клеток, которые выращивают в биореакторах. В ресторанах и магазинах уже можно встретить синтетические аналоги свинины, говядины, курятины, яиц и даже лосося с креветками. 

Долгое время считалось, что в сексе конкуренцию живым людям составят киборги, — подобные идеи поддерживал кинематограф, да и производители секс-игрушек активно инвестировали в эту область. Однако куча стартапов, возникших около 10 лет назад, сейчас разорилась: сделать почти неотличимого от человека силиконового робота оказалось непосильной задачей. Мало того, чем больше киборг напоминал человека, тем больший ужас он внушал. И киберсекс нашел другую лазейку — виртуальную реальность. Оказалось, что современные VR-шлемы могут собирать о нас гораздо больше информации, чем другие технологии, — они способны даже оценить эмоциональное состояние. 

Платформы виртуального секса станут применять алгоритмы, использующие ваши данные, чтобы предложить сексуальный опыт специально для вас. Физиологические переживания будут соответствовать настроению пользователя. ИИ распознает ваши глубочайшие, первобытные инстинкты раньше, чем вы сами. Алгоритмы искусственного интеллекта быстро поймут, когда и на какие психологические кнопки нажимать, чтобы сделать секс захватывающим. Вот только, если у людей будет доступ к бесконечному числу виртуальных партнеров, которые точно знают, чего вы хотите в данный момент, появится ли у них желание заниматься сексом друг с другом?

С начала 2020 года мир впервые за сотню лет охватила вирусная пандемия. Для глобальной экономики удар оказался внезапным и тяжелым, вызвав многочисленные нарушения в работе сложных цепочек поставок. Но для ученых и медиков ситуация стала вызовом, и, несмотря ни на что, ответили они достойно. Вакцины для защиты от прежде неизвестного вируса были созданы и начали испытываться в считаные месяцы. 

Помимо традиционных препаратов, основанных на инактивированных вирусах и их фрагментах, появились первые в истории РНК-вакцины, вносящие в организм часть вирусного генетического кода. Такая технология позволяет создавать новые лекарства намного быстрее, и после массового успеха своей РНК-вакцины от COVID-19 компания Moderna уже анонсировала работу над новыми, включая средства от гриппа, ВИЧ и даже герпеса.

3D-печать появилась еще в конце прошлого века и с тех пор быстро развивалась. Дорогие и сложные принтеры, работающие с пластиком и металлом, использовались в основном для прототипирования — изготовления единичных опытных образцов. Это привело к изобретению печати наплавлением нити — ключевой технологии, патент на которую истек в 2009 году, открыв пространство для массового применения. И оно не заставило себя ждать: домашний 3D-принтер сегодня не такая уж редкость. 

Системы стали дешевле и охватили широкий набор материалов: разные методы печати позволяют получать детали для масштабного промышленного производства, целые мосты и дома из металла и бетона, а врачи распечатывают фрагменты костей для пересадки. Элитные рестораны предлагают уникальные блюда, напечатанные из отдельных ингредиентов. Биологи проектируют устройства, способные работать с живыми клетками и макромолекулами — еще пара десятилетий, и на них можно будет создавать настоящие органы для трансплантации. Начало положено: в конце 2021 года первый британский пациент уже получил искусственный глаз из принтера.

На заре автомобильного транспорта электрические двигатели казались опасными конкурентами для ДВС, однако уступили им в соревновании на надежность и практичность. Теперь, более чем век спустя, они готовы взять реванш — и кажется, в новом раунде побеждают безоговорочно. Этому способствует и появление эффективных бесколлекторных электродвигателей, и создание емких и безопасных литий-ионных батарей, и растущие цены на топливо, и экологическая сознательность масс. 

На рубеже 2000–2010-х годов новые электрические концепты появлялись один за другим, а Nissan Leaf стал первой моделью, названной «европейским автомобилем года». Но самый заметный прорыв и здесь связан с именем Илона Маска. Его Tesla Motors, основанная в 2003 году, сегодня оказалась самым крупным автопроизводителем в мире, продавая под миллион электромобилей в год. О планах полностью отказаться от выпуска машин с ДВС и перейти на электричество заявили почти все ведущие компании. Похоже, победа электродвигателей неизбежна, и основная борьба развернется вокруг источника энергии для них — между аккумуляторами, заряжаемыми от сети, и топливными элементами, использующими водородное топливо.

Сейчас мы наблюдаем последние вoйны, которые еще ведут люди, хотя в боевых действиях давно применяются как разведывательные, так и ударные дроны. На поле боя уже засветились и первые прототипы бронированных машин. Вовсю идет разработка роботизированных кораб лей, в том числе подводных. Современные системы ПВО тоже можно назвать роботизированными: человек просто не успевает реагировать на скоростные цели. 

Применяются роботы и для поддержки пехоты — пока в качестве разведчиков. Конечно, большую часть из перечисленной техники роботами можно назвать лишь условно: для их управления требуется оператор. Но это пока. Как только боевые роботы станут автономными, бороться с ними на равных смогут только другие роботы. Первая ласточка — дроны-истребители, которые уже сейчас способны самостоятельно охотится за разведывательными и ударными беспилотниками. 

Ущерб, который наносит цивилизация природе нашей планеты, не ограничивается темой глобального потепления. Нельзя забывать об истощении почв и уменьшении объемов пресной воды, вырубке лесов и разрушении естественных мест обитания, падении биоразнообразия. Но все-таки именно потепление, темпы которого за последние 20 лет стали заметны даже обывателям, сыграло главную роль в формировании нового — экологичного — сознания. Увидев активиста, выступающего с требованием защиты окружающей среды и перехода к устойчивым формам экономики, мы уже перестали крутить пальцем у виска. И правительства, и крупные корпорации поддались общественному давлению и занялись зеленой повесткой всерьез.

В 2015 году было подписано Парижское соглашение по климату, к которому присоединились уже почти 190 стран. Цель договора — удержание роста глобальных температур в разумных пределах. Жаль, что пока до выполнения этих норм еще слишком далеко, а будущее климата и всей природы Земли остается неопределенным.