Przeczytaj
Technologie jutra
Nic nie kształtuje przyszłości bardziej niż marzenia.
Źródło: Victor Hugo.
Większość technologii, które uważamy obecnie za oczywisty składnik otaczającego nas świata, była niegdyś postrzegana w kategoriach absurdu lub sennych marzeń wizjonerów. Silnik parowy, samolot, internet – każdy z tych wynalazków był początkowo jedynie nierealistycznym wymysłem człowieka.
Aby dokonać pewnych odkryć oraz doprowadzić do przełomów naukowych, konieczne było odrzucenie obowiązujących wcześniej norm – stało się tak choćby w przypadku mechaniki kwantowej. Człowiekowi trudno jest bowiem pogodzić się z faktem, że do momentu wykonania pomiaru układ kwantowy może znajdować się jednocześnie w wielu stanach, czyli przyjmować kilka wartości równocześnie.
Posłużmy się analogią – załóżmy, że rzuciliśmy w górę monetę, mającą na rewersie orła, zaś na awersie reszkę. Dopóki moneta jest w powietrzu, możemy z całą pewnością założyć, że na jednej ze stron zobaczymy orła lub reszkę. Wydaje się to zupełnie oczywiste.
Sprawy komplikują się, gdy spróbujemy zastosować reguły mechaniki kwantowej, która głosi, że w locie moneta może pokazywać orła i reszkę jednocześnie. Dzieje się tak aż do momentu dokonania pomiaru, czyli zatrzymania monety po upadku na ziemię. Dopiero wtedy określa się, co pokazuje widoczna strona.
Ale jakie to wszystko ma znaczenie dla informatyki?
Okazuje się, że spore, gdyż właśnie na bazie mechaniki kwantowej powstaje urządzenie, które może zrewolucjonizować świat IT. Mowa o komputerze kwantowymkomputerze kwantowym.
Komputer kwantowy
Przełomowość komputera kwantowego wynika ze sposobu przetwarzania informacji. Współcześnie używane komputery klasyczne operują na bitach, które mogą przyjmować wartości lub 1.
Przetwarzając ciągi o długości 4 bitów, można operować na jednej z ich 16 kombinacji (0000, 0001, 0010, 0100... itd.). Co istotne, w konkretnym momencie wolno wybrać tylko JEDNĄ konfigurację bitów i ją wykorzystać.
W przypadku komputerów kwantowych miejsce bitów zajmują tzw. kubity (bity kwantowe), które w superpozycji mogą przyjmować równocześnie wartość oraz 1.
Jakie to ma przełożenie na potencjalną moc obliczeniową komputerów kwantowych?
W przypadku komputerów kwantowych (po osiągnięciu superpozycji) możliwe jest wykorzystywanie wszystkich potencjalnych kombinacji RÓWNOCZEŚNIE (aż do momentu przeprowadzenia pomiaru). W rezultacie da się np. wykonywać wiele obliczeń w tym samym momencie.
Oznacza to, że w jednej chwili możemy „przechodzić” przez wszystkie konfiguracje kubitów w celu znalezienia właściwego rozwiązania zadania. Zostanie ono ujawnione po wyjściu ze stanu superpozycji (odpowiada to momentowi zatrzymania wirującej monety). W przypadku klasycznych komputerów należałoby wyszukiwać rozwiązanie, sprawdzając kombinacje bitów jedna po drugiej.
W przypadku przetwarzania elementów złożonych z 4 bitów mamy do dyspozycji 16 możliwych kombinacji; w określonym momencie możemy wybrać tylko jedną spośród nich.
Przetwarzając 4 kubity, otrzymamy praktycznie nieskończenie wiele kombinacji, ponieważ operacje są wykonywane równocześnie; dopiero po dokonaniu pomiaru otrzymujemy wartość 16 kombinacji.
Szacuje się, że 25‑kubitowy komputer kwantowy miałby moc obliczeniową przeciętnego laptopa, zaś model 50‑kubitowy przewyższałby mocą najlepsze superkomputery.
Czy komputer kwantowy ma wady?
Okazuje się, że ma – i jest ich całkiem sporo. Głównym problemem związanym z komputerami kwantowymi jest utrzymanie superpozycji kubitów. Ich stabilizacja wymaga zachowania odpowiednich warunków, m.in.:
całkowitego odizolowania od środowiska zewnętrznego,
pracy w próżni,
utrzymania bardzo niskiej temperatury (-273°C),
przesuwania operacji dokonania pomiaru stanu kwantowego do chwili, w której pragniemy poznać wynik.
Biorąc pod uwagę te czynniki, upowszechnienie komputerów kwantowych wydaje się niemożliwe. Mimo to ich zastosowanie może być przełomowe dla rozwoju informatyki oraz przyszłych technologii.
Wynika to z faktu, że bardzo wysoka moc obliczeniowa komputerów kwantowych pozwoli na przeprowadzanie skomplikowanych symulacji w bardzo krótkim czasie. Przyjmuje się, że pewne obliczenia, które wymagałyby od klasycznego komputera pracy trwającej kilka milionów godzin, komputer kwantowy jest w stanie wykonać w kilka sekund.
Ta niezwykła technologia może być zatem wykorzystana choćby do błyskawicznego przeszukiwania ogromnych zbiorów danych, tworzenia skomplikowanych algorytmów dla systemów sztucznej inteligencji lub uzyskiwania wielu wariantów prognoz finansowych, zależnych od tysięcy czynników.
Przełom może również nastąpić w dziedzinie zabezpieczeń. Wykorzystując własną moc obliczeniową, komputery kwantowe będą w stanie zaszyfrować dane tak silnie, że zabezpieczeń nie da się złamać przy użyciu klasycznych komputerów. Niestety, istnieje także druga strona medalu: możemy być świadkami masowego wycieku danych w przypadku dostania się tej technologii w niepowołane ręce.
Sztuczna inteligencja – czy przyszłość będzie należała do maszyn?
Systemy sztucznej inteligencji potrafiące uczyć się samodzielnie już istnieją (wspominaliśmy o programie AlphaZero w e‑materiale Rozwój informatykiRozwój informatyki). Choć nadal znajdują się one w fazie testów, kwestią czasu wydaje się ich masowe rozpowszechnienie we wszystkich dziedzinach życia.
Wykorzystanie sztucznej inteligencji w transporcie albo zarządzaniu infrastrukturą miejską wydaje się naturalnym krokiem na drodze ku powszechnej automatyzacji. Co jednak się stanie, jeżeli za kilka dekad SI osiągnie iloraz inteligencji wyższy niż ludzki i to my zaczniemy się uczyć od maszyn?
Wizja ta nie wydaje się absurdalna. Biorąc pod uwagę tempo, w jakim rozwija się sztuczna inteligencja oraz moce obliczeniowe komputerów kwantowych, wszystko wskazuje na to, że SI stanie się elementem, który będzie definiował dalszy rozwój.
Najbardziej zaawansowany obecnie system sztucznej inteligencji należy do firmy Google. Jego IQ wynosi 47 punktów; choć nie przewyższa to inteligencji przeciętnego sześciolatka, stanowi dobry punkt wyjścia do przyszłych badań. W ciągu zaledwie sześciu lat opisywany system zwiększył wskaźnik IQ prawie dwukrotnie (z 26 punktów).
Zaczynając już od narodzin, SI mogłaby analizować rozwój dziecka – odnajdować ewentualne anomalie, wychwytywać predyspozycje i na tej podstawie planować ścieżkę kariery albo też wspomagać naukę języków obcych (jak wiadomo, dzieci do około piątego roku życia potrafią bezwiednie, w sposób naturalny nauczyć się nawet kilku języków i płynnie się nimi posługiwać).
W przypadku kolejnych szczebli edukacji SI mogłaby dobrać indywidualny tok nauczania dla każdego dziecka, biorąc pod uwagę nawet jego ruchliwość, styl uczenia się (odmienne formy nauczania dla wzrokowców, słuchowców i kinestetyków), czy też preferowany ton głosu lektora. W dodatku dla sztucznej inteligencji nie byłoby pytań bez odpowiedzi – cały potencjał do chłonięcia wiedzy przez dzieci mógłby być zatem wykorzystany do maksimum, bez jednoczesnego przeciążania nauką.
W przypadku życia zawodowego i prywatnego SI pełniłaby rolę doradcy, analizującego wszystkie za i przeciw podejmowanych decyzji, biorąc pod uwagę również wcześniejsze wybory, cechy charakteru, a nawet samopoczucie czy stan fizyczny.
Co więcej, tak zaawansowana sztuczna inteligencja mogłaby znać nas lepiej, niż my siebie sami. Mogłoby to otworzyć furtkę do sytuacji, w których oprócz ścieżki zawodowej SI wybierałaby życiowych partnerów i przyjaciół, bazując na dopasowaniu charakterów oraz innych cechach. Choć może nie jest to tak nierealne, jak sobie wyobrażamy, aplikacje randkowe już teraz korzystają z algorytmów bazujących na naszych deklaracjach co do drugiej połówki.
I choć ta wizja wygląda z pozoru na utopijną, jej zapowiedzi możemy oglądać już teraz, choćby dzięki wyświetlaniu preferowanych treści lub reklam – odpowiada za to sztuczna inteligencja.
Bańka informacyjna – ograniczony dostęp do nieograniczonych informacji
Jeżeli zastanawiasz się, dlaczego w erze powszechnego dostępu do internetu nadal pojawiają się osoby głoszące absurdalne tezy lub poglądy, to jedną z odpowiedzi jest zjawisko bańki informacyjnej.
Współczesne algorytmy wyświetlania treści (opracowane m.in. przez firmę Google) bazują zazwyczaj na naszych preferencjach. Oznacza to, że nawet w przypadku powszechnego dostępu do informacji, dużo trudniej będzie odnaleźć artykuł, film lub inny materiał głoszący poglądy sprzeczne z naszymi, nie są one bowiem wyświetlane w pierwszej kolejności.
W ten oto sposób możemy doświadczyć tzw. paradoksu bańki informacyjnej, kiedy to jeszcze bardziej utwierdzamy się w wierze w informacje nieprawdziwe. Wynika to z faktu przebywania w kręgu osób lub całych grup społecznych głoszących podobne tezy.
Czy oddanie całej kontroli sztucznej inteligencji to jedyna droga do przyszłego rozwoju? Czy człowiek ma jakiekolwiek szanse konkurowania z maszynami?
Dogonić maszyny czy zostać maszyną?
Coś, co na pierwszy rzut oka wygląda jak wyrwana z odległej przyszłości wizja szaleńca, jest elementem współczesnego świata już od pewnego czasu.
Rozruszniki serca, implanty ślimakowe, a nawet zwykłe protezy pomagają coraz częściej prawidłowo funkcjonować osobom chorym lub niepełnosprawnym.
Medycyna przyszłości skoncentruje się w głównej mierze właśnie na „polepszaniu” człowieka. Technologia może stać się remedium na dolegliwości, z którymi ludzie zmagają się od zawsze: starość, problemy z pamięcią, niesprawność organów. O modyfikacjach ludzkiego genomu przeczytasz w e‑materiale Spór o modyfikacje genetyczne przeprowadzane na ludziachSpór o modyfikacje genetyczne przeprowadzane na ludziach.
Chip wspomagający pamięć
Nie tak dawno zaprezentowano prototyp chipu, który miałby posłużyć jako narzędzie wspomagające pracę ludzkiego mózgu. Układ pozwala magazynować wspomnienia oraz ważne informacje.
Start‑up firmy Neuralink założonej przez Elona Muska wykonał krok milowy na drodze do leczenia schorzeń mózgu, a także ogólnej poprawy jego funkcjonowania. Zabieg wszczepienia chipu jest inwazyjny (ale jak podkreśla projektant – całkowicie bezpieczny). Układ łączy się z mózgiem za pomocą setek nitkowatych elektrod.
Sam pomysł może przyczynić się do przełomu w leczeniu choroby Alzheimera, której wynikiem są trwałe zaburzenia pamięci. Osoba chora dzięki technologii przypominałaby sobie wydarzenia z życia zmagazynowane w chipie.
Nieco bardziej futurystyczna teoria głosi, iż jest to pierwszy krok do w pełni świadomego życia po śmierci, które byłoby możliwe za sprawą technologii rozszerzonej rzeczywistości oraz bazy danych, w której znajdowałyby się zapisane wspomnienia.
Technika biodruku 3D
Przed dużo większym realnym wyzwaniem stoją naukowcy zajmujący się technologią biodruku 3D. Obecnie wykorzystywana metoda przeszczepu niesprawnych narządów jest dosyć problematyczna. Należy znaleźć dawcę, upewnić się, że organ jest w dobrym stanie, sprawdzić zgodność grup krwi – a ostatecznie i tak nie wiadomo, czy przeszczep się przyjmie.
W przypadku biodruku 3D sprawa ma się inaczej. Do przygotowania tzw. biotuszu, wykorzystuje się komórki macierzyste pacjenta, pobrane w trakcie zabiegu biopsji. W ten sposób znacząco ogranicza się ryzyko odrzucenia przeszczepu.
Sam proces powstawania narządu zajmuje mniej więcej 3 godziny, podczas których tworzone są najpierw płaskie fragmenty tkanki. Następnie rozpoczyna się budowa przestrzennego modelu organu. Po zakończeniu druku narząd umieszcza się w specjalnym bioreaktorze, który stymuluje pracę komórek, umożliwiając im prawidłowy wzrost.
Do powszechnego użycia biodruku 3D jest jeszcze daleka droga; trzeba też uporać się z wieloma problemami (m.in. z budową naczyń krwionośnych). Mimo to grupie naukowców z Izraela udało się odtworzyć w pełni działające serce wydrukowane metodą biodruku 3D. Choć jego wielkość odbiega od rozmiarów ludzkiego organu, stanowi to przełom w tej dziedzinie.
Bioniczne protezy
Bioniczne protezy istnieją już od pewnego czasu. Ich główną zaletą w porównaniu z protezami klasycznymi jest możliwość sterowania m.in. palcami. Dzięki podłączeniu protezy do układu nerwowego pacjent jest w stanie zaciskać dłoń oraz przenosić lekkie przedmioty, sterując urządzeniem za pomocą mózgu (wychwytuje ono sygnały EMG, które są przesyłane przez mózg do mięśni, co prowadzi do wykonania przez maszynę pożądanej operacji).
Nowoczesne protezy bazujące na sztucznej inteligencji potrafią również „uczyć się” pacjenta, poprawiając tym samym sprawność oraz precyzję ruchów.
W przyszłości możemy oczekiwać, że bioniczne protezy staną się nie do odróżnienia pod względem funkcjonalności od zwykłych, ludzkich kończyn. Co więcej, istnieje duże prawdopodobieństwo, że będą one działały dużo lepiej za sprawą kilku istotnych czynników:
bioniczne protezy nie są podatne na zmęczenie, co oznacza, że dają możliwość wykonywania nieustannej pracy fizycznej, bez uszczerbku dla zdrowia człowieka;
w bionicznych protezach może w przyszłości zostać zastosowana technologia funkcjonalna, taka jak wbudowany smarfton lub cały interfejs, do którego da się podłączyć akcesoria obsługujące Internet rzeczy;
bioniczne protezy będą znacznie prostsze w „naprawie” niż kończyny ludzkie, a także zdecydowanie bardziej wytrzymałe.
Oczywiście kwestia zastąpienia w pełni sprawnej kończyny bioniczną protezą to obecnie jedynie wizja przyszłości, do której trzeba podchodzić z dystansem. Nie oznacza to jednak, że w przyszłości nie ujrzymy podobnych zjawisk, a nawet całych trendów związanych z cyborgizacjącyborgizacją ludzi.
Słownik
zastępowania ludzkich narządów zaawansowanymi technologicznie urządzeniami mechanicznymi
urządzenie, którego działanie bazuje na zasadach mechaniki kwantowej; w odróżnieniu od klasycznego komputera operuje ono na tzw. bitach kwantowych (kubitach), które oprócz wartości 0 lub 1 mogą przyjmować ich superpozycje, czyli kombinacje 0 i 1