Новая квантовая реальность, термоядерная энергия спасает мир и невероятное развитие искусственного интеллекта. Научные прорывы 2022 года

Обо всех уникальных свойствах телескопа имени Джеймса Вебба и истории его создания мы рассказывали в этом материале. Здесь же расскажем о нем коротко.

Телескоп запустили в конце декабря прошлого года. К точке Лагранжа L2 — своему космическому дому, откуда Джеймс Уэбб будет работать в течение как минимум десяти лет — он прибыл в январе этого года. В июле ученые опубликовали первые изображения, сделанные телескопом, и стало сразу понятно, что мы ждали именно этого.

Благодаря своему огромному основному зеркалу и инструментам, помогающим телескопу смотреть сквозь космическую пыль, Джеймс Уэбб может как одновременно рассмотреть в наибольших деталях близкие к нам объекты, так и найти самые отдаленные звезды и галактики, которые расскажут нам много интересного об эволюции Вселенной. Некоторые ученые считают, что именно эта космическая обсерватория сможет сделать то, о чем до сих пор мы только мечтаем, — поможет нам найти внеземную жизнь.

Термоядерная революция уже близко

В середине декабря представители Министерства энергетики США объявили об историческом достижении: впервые ученым удалось получить больше энергии с помощью термоядерной реакции, чем они потратили на ее поддержку.

Проще говоря, ученым из Ливерморской национальной лаборатории Лоуренса впервые действительно удалось реально извлечь энергию с помощью термоядерной реакции. Так называемый прирост чистой энергии уже более 70 лет считается Святым Граалем в сфере термоядерной энергетики — до сих пор исследователям не удавалось получить больше энергии, чем требовалось для поддержки работы термоядерного реактора или установки.

Дошло до того, что создание рабочего термоядерного реактора уже давно стало мемом в научной среде: разговоры об этом ведутся с 1950-х годов, и ученые постоянно обещают, что до момента Х осталось 30 лет — и так уже вот уже 70 лет.

Многие исследователи считают, что термоядерная энергетика спасет человечество от энергетического и климатического кризиса. Термоядерный синтез — это самый естественный процесс из тех, что есть во Вселенной, ведь именно так тепло генерируют Солнце и мириады других звезд.

Достижение американской команды намекает, что, возможно, мэм все же сможет воплотиться в реальность — и впоследствии мы наконец-то сможем получать экологически чистую энергию в большом количестве. Подробнее о развитии термоядерной энергетики и ее перспективах прочтите в этом материале.

Украинская математика

Киевлянка Марина Вязовская стала лауреаткой премии Филдса, которая считается Нобелевской премией по математике и является самой престижной наградой для математиков в мире.

О том, что она станет лауреаткой премии Филдса, Вязовская узнала незадолго до войны. Украинка давно считалась одной из перспективных математиков в мире, а ее заслуги отмечены и другими престижными наградами: премиями Салема, Математического института Клея, премией Европейского математического общества.

В научном сообществе 37-летняя украинка, имеющая степень профессора, известна благодаря изучению задач об упаковке шаров из комбинаторной геометрии, известных еще со времен Иоганна Кеплера.

Вязовской удалось предложить решение задачи об упаковке шаров в восьмимерном пространстве, причем это решение удивило ее коллег своей простотой и краткостью, что и принесло ученой медаль Филдса. Кроме самостоятельной работы над задачей упаковки шаров в восьмимерном пространстве, Вязовская в соавторстве с другими математиками подготовила решение аналогичной задачи в 24-мерном пространстве.

Достижение ученой отметил Владимир Зеленский, вручив ей орден За заслуги I степени. В настоящее время Вязовская живет в швейцарском городе Лозанна и работает в Федеральной политехнической школе, где возглавляет кафедру теории чисел.

Кто мы?

Молекулярные биологи собрали полную последовательность генома человека, раскрыв новые генетические секреты.

Геном человека состоит примерно из 3,055 миллиарда субъединиц ДНК, пар химических оснований, обозначаемых буквами A, C, G и T. Гены являются цепочками этих буквенных пар, которые содержат инструкции по созданию белков, называемых строительными блоками жизни. У человека около 30 000 генов, организованных в 23 группы, называемых хромосомами, которые находятся в ядре каждой клетки.

В 2003 году ученые объявили о завершении проекта «Геном человека», работа над которым началась в 1990 году. Тогда они секвенировали 92% генома, что составляло 3 миллиарда пар оснований. Остальные 8% раскрыть было невозможно — современные на тот момент технологии секвенирования ДНК не могли прочесть некоторые ее части.

Однако работа с тех пор не прекращалась. И вот, наконец, почти сотне ученых из консорциума Telomere-to-Telomere (T2T) удалось секвенировать эти 8% — почти 400 млн новых пар оснований. Среди них гены, отвечающие за иммунитет, а это позволяет людям адаптироваться к вирусам и заболеваниям, которые они вызывают, а также гены, позволяющие человеческому мозгу увеличиваться в размерах по сравнению с мозгом других приматов.

Полная картинка генома поможет нам лучше понять эволюцию и биологию человека, а также станет отправной точкой для прорывных медицинских открытий в области рака, старения, болезней сердца, нейродегенеративных состояний.

Квантовые исследования

В этом году у нас на сайте вышло сразу несколько материалов об исследованиях, приближающих эпоху квантовых компьютеров. У этой технологии есть невероятный потенциал — ученые уверены, что квантовые вычисления изменят нашу науку и дадут возможность сделать тысячи открытий в разных сферах, полностью изменив нашу жизнь.

Однако ситуация здесь как с термоядерной энергией — первые попытки приблизить это будущее уже есть, однако решающий шаг (т.е. создание реально рабочего квантового компьютера) мы все никак не сделаем.

В 2019 году Google в погоне за сенсацией заявила о достижении квантового преимущества — возможности решать задачи, с которыми не справится классический компьютер. Оказалось, что ученые выдавали желаемое за действительное — китайским физикам удалось доказать это с помощью своего эксперимента, опровергнув заявление американской компании.

Главная проблема квантовых компьютеров, не дающая технологии стать массовой, — склонность этой системы к ошибкам. Кубиты — то есть квантовые аналоги бита в классических компьютерах — чрезвычайно склонны к декогеренции или «шуму»: так ученые называют внешнее влияние окружающей среды, которая очень быстро разрушает связь между кубитами.

Именно эта связь — квантовая запутанность — является главным козырем квантовых компьютеров. Это такое явление, в котором состояние одного кубита влияет на состояние всех других кубитов, связанных с ним в единую систему. И именно за исследования разных видов и форм квантовой запутанности Ален Аспект, Джон Клозер и Антон Цайлингер получили Нобелевскую премию по физике.

Предлагаем вам почитать наши самые интересные материалы о квантовых компьютерах за этот год: мы рассказывали об исследованиях немецких ученых, которым удалось запутать между собой 14 фотонов; в этом тексте вы узнаете о новом состоянии материи, которое может снизить склонность квантовых компьютеров к ошибкам; этот фичер расскажет сразу о трех исследованиях, в которых разные команды ученых пытались исправить ту же проблему с ошибками; здесь вы можете узнать, что такое квантовый вентиль; а в этом материале прочтете о работе финских ученых, которым удалось объединить два временных кристалла в единую систему, и наше объяснение, почему это действительно важно.

Темная материя?

Команда американских ученых под руководством физиков из Бостонского колледжа обнаружила осевой бозон Хиггса.

Открытие бозона Хиггса было невероятным достижением своего времени. Это квант скалярного поля, взаимодействие с которым придает массы всем элементарным частицам. Эта частица является краеугольным камнем стандартной модели, какой мы знаем ее сейчас. В начале 2022 года ученым также удалось измерить время жизни бозона Хиггса — оно совпало с предвидением Стандартной модели в рамках экспериментальной погрешности.

Команде ученых, которым руководил Кеннет Берч, профессор физики в колледже Бостона, удалось обнаружить осевой бозон Хиггса. Это нечто вроде двоюродного брата одной из главных частиц современной физики, от которого осевой бозон Хиггза отличается наличием магнитного поля.

Теории, предполагавшие существование осевого бозона Хиггса, объясняли также темную материю. Осевой бозон Хиггса уникален тем, что это первая частица, которая действительно может объяснить существование темной материи и одновременно согласуется с существующими современными теориями. Больше о работе ученых предлагаем почитать здесь.

Мы отразили астероид!

Что делать, если мы заметим, что в сторону Земли летит астероид?

Еще несколько лет назад все, что ученые могли бы предложить, — начать собирать срочные консилиумы, моделировать, куда он прилетит, и эвакуировать население.

Теперь у нас есть достойный ответ: мы можем его отразить. Ну, точнее, изменить траекторию его полета таким образом, чтобы космический булыжник пролетел мимо Земли. Так, в этом году NASA провела давно запланированную миссию DART, в рамках которой запущенный американским агентством космический корабль врезался в астероид Диморфос, изменив его орбиту.

След от обломков после столкновения космического корабля с астероидом достиг 10 тыс. километров, а момент столкновения зафиксировали некоторые наши телескопы.

В дальнейшем ученые планируют наблюдать за изменением траектории полета Диморфоса и его компаньона — еще большего астероида Дидимоса. Эти данные покажут эффективность подобного способа спасения Земли от потенциально опасного астероида.

Когда нас заменит искусственный интеллект?

Казалось бы, что может удивить в том, что искусственный интеллект развивается? Однако этот год действительно выделяется скоростью и количеством новых нейронок, действительно удивляющих.

Примеров несколько — сначала весь мир обсуждал нейросети Dall-E, Midjourney и Stable Diffusion, которые за несколько секунд выдают невероятные рисунки. Все, что нужно сделать пользователю, — заказать искусственному интеллекту, что он хочет увидеть, и добавить разные детали — возможно, вы хотите графическую технику? Или живопись? Или увидеть на рисунке пса Патрона?

Все это не проблема для ИИ. Вот, например, картина Тайная ужин с персонажами видеоигры Among Us, вот ─ МРТ Дарта Вейдера, а вот ─ американская РСЗО HIMARS в стиле мультфильма Тачки.

Современные платформы создадут любую картинку по вашему вкусу, и это уже привело к большому скандалу, ведь такие работы, по мнению художников, могут не только обесценить творчество живых людей, но и привести к проблемам с авторским правом (ведь нейронки учатся на контенте из интернета).

Ближе к концу года скандалом отличилась платформа Lensa, которая автоматически редактирует фотографии пользователей в разных стилях. Разработчиков обвинили в сексуализации женщин, ведь созданный ими ИИ постоянно «раздевает» женщин и изображает их в сексуализированных позах.

В то же время в 2022 году многие эксперты впервые всерьез заговорили о том, что ИИ приобрел сознание. Первоначально американский исследователь Яннис Дарас предположил, что нейросеть DALLE-2, возможно, начала создавать свой язык.

Бензина в огонь подлил теперь уже бывший инженер Google Блейк Лемойна, который после переписок с нейронной языковой моделью LaMDA пришел к выводу, что она осознает свое место в мире и может даже рассуждать о своем существовании.

А к концу года нас порадовала еще одна языковая модель — обновленная GPT-3.5 от OpenAI, которая не только создает ну очень качественные тексты, но и действительно может заменить некоторых джунов в айти-компаниях, копирайтерах и даже Google.

Спойлер: искусственный интеллект не стал осознанным. Ни одна из этих нейронок не понимает (в классической трактовке этого слова), что она пишет или рисует. Однако эти речевые модели и «рисовалки» обучены огромным объемам контента из интернета, благодаря чему они действительно могут создать впечатление определенного уровня самоосознания. Все больше моделей ИИ без проблем могут ввести в заблуждение все большее количество людей, и уже скоро мы не сможем отличить текст живого человека, над которым он сидел 2 дня, от текста, сгенерированного нейросетью за 2 секунды.

Это и увлекает, и пугает одновременно.