Экспоненциальный Инноваций: «4 Основы Основ»

Ананд Гиридхарадас: победители берут все: самая важная книга о технике за 10 лет + Рамез Наам: 3 способа, которыми мы не можем предсказать будущее + Экспоненциальные Инновации: Универсальный Базовый Доход + Экспоненциальные инновации: прошлое и настоящее (Часть 2) + Экспоненциальные инновации: прошлое и настоящее (Часть 1) + Материаловедение

Все эти новые данные и все эти новые методы не принесут нам пользы, если мы не найдем способов построить компьютеры, которые смогут сами себя обучать. К счастью, материальные науки развиваются так же быстро, или даже быстрее, чем ученые-компьютерщики могли бы объяснить 50 лет назад.

По мере того, как мы продвигались в области информатики, мы также делали скачки в области материальных наук. Сегодня пластмассы и силикон, похоже, будут заменены новыми, более экзотическими материалами, такими как графены и фуллерены. Сегодня промышленные приложения для графенов активно инвестируются во всем мире. Графены в 200 раз прочнее стали, прозрачны и способны изгибаться до 25% без какого-либо износа, действуя как полупроводник и будучи выращенными в новых формах, графены могут быть для промышленности 21-го века тем же, чем сталь была для 19-го, или пластик для 20-го.

Хотя этот раздел может быть каталогом прорывов на каждом фронте, мы будем придерживаться важности наук о материалах для развития вычислительной мощности. И в этой сфере было достигнуто многое, что не считалось возможным только десятилетия назад.

IBM, среди прочего, разрабатывает чипы теперь в масштабе 7 нанометров-не намного больше, чем нить человеческой ДНК. По сути, следующее поколение микрочипов будет таким же информационным плотным, как и сама человеческая ДНК. С достижениями в области графена и других экзотических материалов, мы можем увидеть длины полупроводников сократить до столь же низко, как.2 нанометра-более чем в 10 раз меньше-или достаточно малы, чтобы микрочипы могли вставляться непосредственно в клетки и взаимодействовать с ДНК.

На других фронтах квантовые вычисления перешли от простой теории к ее первым практическим демонстрациям в последние годы. Хотя еще рано рассуждать о влиянии квантовых вычислений на компьютерную науку в краткосрочной перспективе, многие компьютерные ученые рассматривают его как ответ на многие материальные и теоретические ограничения традиционных вычислений.

Теперь кажется вероятным, что квантовые вычисления будут продолжать развиваться параллельно с традиционными вычислениями, медленно принимая на себя ответственность за многие задачи, которые традиционные компьютеры плохо оснащены для выполнения.

Для контекста вот отличное объяснение того, как будут работать квантовые вычисления:

Почему это будет иметь значение?

Итак, для конкретного примера предположим, что вы хотите смоделировать процессы внутри умирающей звезды или черной дыры. Транзисторная архитектура полезна при моделировании ньютоновской физики, в которой предположения о гравитации просты, и физика не зависит от состояний с высокой энергией. Вот почему НАСА все еще использует ньютоновскую физику для таких сложных вещей, как межпланетные миссии или даже межзвездные зонды, такие как Voyager. Транзисторный компьютер может точно моделировать, что произойдет, в широком смысле, когда две планеты пройдут друг мимо друга, или когда астероид ударит планету, или даже точно, как заставить 2-тонный зонд пройти в нескольких сотнях километров от Плутона.

Однако, поскольку на внутреннюю часть черной дыры или умирающей звезды влияют правила высокоэнергетических состояний, в которых квантовые флуктуации становятся такими же мощными, как гравитация и электромагнитная сила, количество и скорость вычислений, необходимых для моделирования того, что произойдет, становится подавляющим для традиционного компьютера. Действительно, традиционный компьютер может быть совершенно неспособен моделировать результаты определенных событий, потому что никакие алгоритмы, основанные на полупроводниковой архитектуре, не могут быть достаточно быстрыми и точными или достаточно простыми, чтобы работать в любом человеческом масштабе времени.

Компьютеры двоичны, но физическая Вселенная-нет. Использование двоичных вычислений для моделирования Вселенной или многих процессов, происходящих внутри нее, похоже на использование карандаша и бумаги для воссоздания 3D-изображения. Ее можно подделать, и она может быть достаточной для некоторых целей, но она никогда не будет полностью реалистичной.

Очевидно, что эти новые науки о материале, в сочетании с нашими растущими знаниями о том, как строить и «обучать» нейронные сети, теперь намерены обеспечить мощные изменения в возможностях компьютеров в самом ближайшем будущем.

И вот почему это важно: наша способность понимать высшие энергетические состояния (такие как столкновение атомов или процесс ядерного синтеза), будет резко влиять на нашу способность манипулировать физической реальностью, включая поиск новых способов получения энергии и материалов, среди многого другого.

Что приводит нас к нашей последней категории:

Энергия

В 1964 году советский астроном Николай Кардашев рассматривал крупную проблему космологии. Если Вселенная населена другими разумными существами, как человечество их узнает?

Результат его мысленных экспериментов, получивший название шкалы Кардашева, постулирует, что межзвездные цивилизации можно распознать по закономерностям их энергопотребления. По мере развития технологического общества, отметил он, оно, как правило, использует все большее количество энергии: от сбора ресурсов до сельского хозяйства, угля и нефти, солнечной и ядерной энергетики, человечество быстро усиливает свой контроль над энергетическими ресурсами.

Кардашев предположил, что если мы хотим идентифицировать инопланетную цивилизацию, мы должны искать признаки трех различных стадий эволюции в использовании энергии, которые стали типами цивилизации Кардашева: I, II и III (очень спекулятивный тип IV может не наблюдаться с помощью современных методов).

Цивилизация первого типа способна использовать большую часть энергии, которую она получает от солнечной инсоляции и от ядра своей собственной планеты. Цивилизация второго типа была бы способна использовать большую часть энергии своей соседней звезды, используя, например, сферу Дайсона или облако солнечных батарей. Цивилизация третьего типа была бы технически способна контролировать большую часть энергии в своей галактике, применяя черты цивилизации второго типа в космическом масштабе, используя космические лучи, исходящие от сверхмассивных черных дыр в центрах галактик.

Почему Это Имеет Значение

Хотя шкала Кардашева может показаться научной фантастикой, она обеспечивает основу для фактического наблюдения известной вселенной. Используя эти предсказания, можно активно искать звезды, которые, по-видимому, окружены роями Дайсона, или облака энергии, собирающие спутники, которые перенаправляют большое количество энергии на планету или другое место. Мы, возможно, даже уже обнаружили возможную внеземную цивилизацию какого-то рода.

В будущем, возможно, удастся идентифицировать инопланетные цивилизации или инопланетные надстройки, отмечая их поглощение космических лучей в центрах галактик. Свидетельства существования таких высокоразвитых цивилизаций, возможно, уже существуют-нам просто не хватает инструментов для их измерения.

Где Мы Сейчас Находимся

Важно отметить, что шкала Кардашева не требует, например, чтобы цивилизация первого типа захватила весь солнечный свет, когда он достигает планеты. Шкала имеет дело с количеством потребляемой энергии — некоторые из которых могут поступать из источников с большей плотностью энергии, чем солнечный свет. Астроном Карл Саган предположил в 1970-х годах, что человечество уже находится на уровне 0,7 по шкале Кардашева, используя около 2 тераватт энергии в день. Эта цифра возросла, хотя и не так быстро, как за столетие до того, как Саган произвел свои расчеты. Широко распространено предположение, что мы достигнем первого уровня Кардашева в течение следующего столетия или двух.

Фактически, мы уже открыли большинство основных процессов и методов, необходимых для достижения этого уровня манипуляции энергией. Люди впервые сплавили атомы в 1944 году, в рамках Манхэттенского проекта по созданию первой атомной бомбы. В 1950-х годах мы начали плавить водород для создания водородных бомб, и управляемые реакции синтеза теперь происходят в термоядерных камерах по всему миру. Проблема в применении этой технологии в масштабах всей планеты заключалась в энергоэффективности: количество энергии, необходимое для создания управляемых реакций слияния, до сих пор было слишком высоким, чтобы обеспечить чистый прирост энергии, что означает, что для создания управляемого слияния требуется больше энергии, чем мы можем на самом деле получить от слияния. Пока что.

Но прогресс в нашем понимании квантовой физики и наук о материалах означает, что этот барьер вскоре может быть снят. Если это так, то это будет означать в конечном итоге замену всего добывающего сбора энергии (например, угля, газа и даже ядерного деления) чистым, обильным ядерным синтезом. А между тем, аккумуляторные и солнечные технологии спокойно опережают предыдущие ожидания повышения эффективности и намерены внести огромные изменения в нашу энергетическую инфраструктуру.

Подводя Итог

В области материаловедения, вычислительной техники, энергетики и искусственного интеллекта мы сейчас стоим на перепутье. Как скоро каждая из этих областей науки даст материальные результаты, которые затмят результаты прошлого века? Взяв историю в качестве нашего руководства, человеческая цивилизация перешла от человеческого труда к труду животных в течение 100 000 лет. Мы перешли от труда животных к механическому труду (подумайте о водяных колесах) в период около 3-5 000 лет. Переход от механического труда к паровому, а от парового к ядерному делению занял менее двух столетий.

Это тенденции, которые трудно оценить, но невозможно игнорировать. И поскольку наши предки 18-го века не могли представить себе жизнь в ядерном веке, вполне возможно, что нам тоже не хватает воображения, необходимого для того, чтобы представить нашу собственную жизнь через 20 лет.

https://startupyard.com/exponential-innovation-today-part-2/

Ссылка на основную публикацию