BlackWold

В прошлом месяце произошло сразу два интересных события в сфере квантовых технологий: китайские ученые телепортировали фотоны света с наземной станции на космический спутник и прошла ежегодная конференция ведущих экспертов квантовой физики в Москве. Изданию Business Insider удалось поймать на ней доктора Юджина Ползика из Института Нильса Бора, одного из ведущих специалистов квантовой телепортации, и расспросить его по самым разным вопросам, включая о выдающемся успехе его китайских коллег.

«Телепортации подобного рода проводились в лабораторных условиях начиная еще с 1997 года, однако китайским ученым удалось достичь этого удивительного технологического эффекта при большом расстоянии», — отметил Ползик.

В 2012 году команда европейских ученых успешно телепортировала фотоны между двумя Канарскими островами. Между передающим и принимающим устройствами расстояние составляло 141 километр. Китайским же исследователям удалось побить этот рекорд в июле, когда они успешно телепортировали фотоны на расстояние более 500 километров.

Мы давно мечтаем о подобной технологии из «Звездного пути», хотя наша интуиция всегда говорила о том, что телепортация в принципе невозможна. Однако физика нашего реального мира, в котором мы ежедневно пребываем, мало похожа на физику мира квантов. Здесь законы падающего камня с обрыва скалы и управляющие электронами и отдельными фотонами света полностью отличаются от того, что мы привыкли видеть. Поэтому в таком причудливом мире возможно практически все, в том числе и телепортация. На как во всем этом разобраться? Начать следует с квантовой запутанности.

Что такое квантовая запутанность?

Иногда две квантовые частицы оказываются зеркально связанными. Чтобы ни происходило с одной из этих частиц, то же самое будет происходить и с другой. Даже если они разделены большими расстояниями. Они по-прежнему остаются двумя отдельными объектами, но при этом являются идентичными во всем. Когда две частицы разделяют между собой свои состояния, то такие частицы называются запутанными.

«Предположим, я создал пару запутанных фотонов», — объясняет Ползик.

«Я оставляю один у себя, а другой отправляю с помощью лазера на находящийся на орбите космический спутник, надеясь на то, то фотон достигнет точки назначения. Телепортацию можно считать успешной только при разделении состояния запутанности двух фотонов между передающей и получающей станциями».

Основная техническая сложность процесса телепортации заключается в передаче фотона на некое расстояние от запутанной частицы-партнера. В случае с китайским экспериментом, один фотон находился в лаборатории на Земле, а второй был успешно отправлен к орбитальному спутнику. Изменения, произошедшие с фотоном на Земле в рамках манипуляций ученых, отразились также и на фотоне, находящемся в космосе, – это и есть квантовая телепортация в чистом виде.

Как понять, получил ли спутник нужный фотон, а не какую-то случайную частицу света?

Сделать это относительно просто благодаря процессу, называемому спектральной фильтрацией. Он позволяет ученым определить и проследить за отдельными фотонами света, маркируя их уникальным идентификационным номером.

«Вам известна частота фотона, который вы посылаете, вам известна его направленность. Спутник направлен на источник отправки, располагающийся на Земле. Если вы располагаете очень хорошим оптическим оборудованием с обеих сторон, то эта оптика видит исключительно источник, и ничего больше», — продолжает объяснение Ползик.

Метод спектральной фильтрации безразличен к «шуму» в виде других фотонов. Например, при проведении того же эксперимента на Канарских островах передача проводилась при ясном солнечном небе.

Происходила передача миллионов фотонов на спутник, но до точки назначения добрались только 900. Почему?

Чем дальше вы пытаетесь отправить запутанный фотон, тем менее эффективным становится этот процесс. Более того, атмосфера Земли находится в постоянном движении, поэтому потерять фотоны на их пути следования в открытый космос проще простого.

«Даже если бы там не было атмосферы, вам по-прежнему необходимо фокусировать луч света, чтобы он был направлен на спутник. Если посветить лазерной указкой на ладонь, то точка света будет маленькой, но стоит только удалить лазер, и точка становится больше – это закон дифракции», — говорит Ползик.

С земли свету довольно сложно пробиться к космосу (к оптическому приемнику, установленному на орбитальный спутник). Он сильно искажается, поэтому большинство фотонов просто уходит в никуда.

«Добиться успешной телепортации можно лишь на очень коротком промежутке времени. В общем смысле это очень непрактично, но тем не менее способы применения данной технологии можно найти», — продолжает Ползик.

Квантовая телепортация – это возможность мгновенной передачи данных?

Не совсем. Телепортируемые объекты не исчезают, а затем вновь появляются где-то еще. Ученые используют состояние запутанности для передачи информации о квантовом состоянии одного фотона на другой. Без этой информации фотону придется физически преодолевать всю дистанцию между передатчиком и приемником. И опять же, информация не передается мгновенно. Такое возможно только тогда, когда отправитель проводит измерение квантового состояния своего фотона, тем самым изменяя состояния фотона на приемнике. Из-за квантовой запутанности по сути один фотон «становится» другим фотоном.

Так для чего все это нужно?

Квантовая телепортация способна доказать концепт возможности создания сверхзащищенной мировой коммуникационной сети. Как ключ, открывающий замок, сообщение переданное по квантовой сети достигнет только того адресата, который обладает правильно запутанным фотоном, который позволит это сообщение получить и прочитать.

Альберт Эйнштейн однажды назвал квантовую запутанность «жутким дальнодействием», но это дальнодействие является фундаментальным компонентом, благодаря которому все работает. И однажды он может стать драйвером нашего безопасного общения в будущем.

Источник

Аэрокосмическое агентство NASA утвердило две новые и очень интересные космические миссии. В рамках одной планируется высадка летающего космического аппарата на спутник Сатурна Титан, в рамках другой – сбор образцов грунта с поверхности кометы. Обе миссии были отобраны среди 12 предложений, представленных в качестве возможного продолжения программы New Frontiers.

Первая миссия получила название «Dragonfly». В ее рамках планируется беспрецедентный проект по отправке роботизированного летающего аппарата на один из спутников Сатурна. Аппарат в форме квадрокоптера будет оснащен научными инструментами для поиска и анализа больших органических молекул. В течение миссии робот-квадрокоптер сможет посетить и изучить множество мест на Титане и в общей сложности покрыть расстояние в несколько сотен километров.

Большой и холодный спутник Сатурна обладает плотной атмосферой, а на его поверхности имеются реки и целые озера из жидкого метана. Но не только это интересует ученых. Есть подозрение, что под ледяной коркой спутника может скрываться океан из воды.

«Эта среда обладает всем тем, что мы привыкли называть ингредиентами жизни», — говорит ведущий исследователь Элизабет Туртл из Лаборатории прикладной физики при Университете Джонса Хопкинса.

«С помощью миссии Dragonfly мы сможем оценить, как далеко там продвинулась пребиотическая химия».

Вторая отобранная миссия называется CAESAR (Comet Astrobiology Exploration SAmple Return), и в ее рамках планируется возвращение на комету 67P/Чурюмова — Герасименко. Комету, напомним, уже посещал космический аппарат «Розетта» Европейского космического агентства в рамках миссии 2014-2016 годов.

После сближения с кометой размером с гору Фудзияма, космический аппарат CAESAR проведет сбор образцов ее поверхности и отправится обратно на Землю, куда он прибудет в ноябре 2038 года. Следует отметить, что NASA уже производило сбор образцов кометы в рамках миссии Stardust. Однако в рамках новой миссии сбор образцов планируется впервые производить непосредственно с ледяной поверхности самой кометы, а не просто частиц, оставленных хвостом кометы, как это было до этого.

«Кометы являются не только одними из самых важных с научной точки зрения объектами в Солнечной системе, но еще и наименее изученными среди них», — говорит исследователь Стив Сквайерс из Корнеллского университета, который будет отвечать за миссию CAESAR.

Такой повышенный интерес к кометам связан с предположениями ученых о том, что именно кометы могли доставить на раннюю Землю воду и органические молекулы, фактически положив начало зарождения жизни на нашей планете.

Больше всего ученые хотят получить образцы так называемых «летучих» молекул кометы 67P/Чурюмова — Герасименко, которые способны быстро переходить в газообразное состояние. По мнению исследователей, эти частицы могут являться ключом к понимаю природы происхождения и истории этой кометы.

Выбор двух миссий был оглашен на этой неделе. Теперь их ожидает концептуальный этап, в рамках которого ученые, отвечающие за проекты, смогут проработать детали. К сожалению, реализовать сразу обе миссии не получится. Финальный этап отбора и выбор одного из двух проектов запланирован на июль 2019 года. К фактической реализации победившего проекта приступят в 2025 году.

Среди других предложенных потенциальных миссий в рамках программы New Frontiers были предложения по изучению Сатурна и Венеры, астероидов вокруг Юпитера, а также отправка автономного орбитального космического аппарата к Энцеладу, еще одному спутнику Сатурна.

В настоящий момент в рамках программы New Frontiers действуют сразу три космические миссии: «Новые горизонты» (изучил систему Плутона и сейчас направляется к краю Солнечной системы), «Джуно» (аппарат исследует Юпитер) и «OSIRIS REx» (летит на встречу с астероидом Бенну, у которого произведет сбор образцов грунта, и вернется обратно на Землю в 2023 году).

Источник

Руководитель проекта Blue Brain Генри Маркрам рассказывает о том, что нужно, чтобы построить компьютер, возможности которого сравняются с возможностями человеческого мозга, и какие опасности подстерегают человечество на этом пути.

Этим летом журнал Института инженеров электротехники и электроники IEEE Spectrum опубликовал ответы известных учёных и популяризаторов науки на вопрос о том, когда человечество сможет построить действующую модель человеческого мозга и чего нам ждать от такой модели. Мы приводим ответ Генри Маркрама — человека, который знает о мозге и его искусственных аналогах больше всех. Уже четыре года Маркрам руководит проектом Blue Brain, цель которого — детальная реконструкция мозга животных, а в долгосрочной перспективе — и человеческого.

Когда компьютеры станут способны на всё, на что способен человеческий мозг?

Мозг — это сеть сетей генов, белков, клеток, синапсов и более крупных структур, существующих в неисчислимом количестве измерений и работающих в непрестанно меняющем свойства коктейле из нейромедиаторов и других важных веществ. Наше восприятие, движения, мысли и чувства рождаются из цепных реакций электрической, химической и механической природы, которые возникают в этих сетях. Сегодня у нас нет никаких данных, которые позволили бы пренебречь какими-либо из этих реакций, и до тех пор, пока ситуация не изменится, единственный доступный нам способ создать машину, способную на то, на что способен мозг — это тщательно реконструировать все до единой реакции. То, когда мы сможем это сделать, зависит от степени детализации, которая нам понадобится.

Я предлагаю отказаться от попыток рассчитать срок, за который мы сможем воссоздать мозг с точностью до каждой его молекулы. Чтобы симулировать человеческий мозг с такой степенью детализации, нам потребовались бы йоттафлопсы (10^24 операций в секунду) вычислительной мощности, а это в миллионы раз превосходит возможности самых мощных суперкомпьютеров, существующих сегодня. Для симуляции мозга мыши потребуются зеттафлопсы (10^21 операций в секунду), а для мозга лобстера — экзафлопсы (10^18). Вычислительная мощность самых современных компьютеров измеряется в сотнях петафлопс (10^15): этого едва хватит на грубую симуляцию нервной системы червя вроде коловратки. (Прим. пер. Коловраток (автор называет конкретный таксон — Rotifera) сегодня не причисляют, как раньше, к первичнополостным червям, а выделяют в отдельную группу. Нервная система у них довольно примитивна и состоит из надглоточного ганглия и нескольких нервных стволов).

Чтобы обеспечить электроэнергией компьютеры, способные обработать очень детальную симуляцию человеческого мозга, понадобится целая атомная электростанция. Мозг можно накормить одним бананом; это сравнение позволяет осознать, насколько наша технология ещё отстаёт от природы.

Если нам наконец удастся обобщить происходящее на молекулярном уровне и выйти на уровень отдельных клеток, задача значительно упростится. За несколько десятков лет мобильные устройства достигнут пета- и экзафлопс вычислительной мощности, или по крайней мере смогут работать с такой скоростью с помощью облачных технологий.

А значит, цифровые копии мозга с небольшой степенью детализации можно будет создавать на мобильных устройствах ещё до конца XX века, а вместе с ними — более детализированные модели мышиного мозга, симуляции мозга птиц, мух, пчёл и муравьёв с вполне удовлетворительным разрешением.

Попробуем допустить, что для того, чтобы воссоздать основные процессы, происходящие в мозге, необязательно углубляться в тонкости клеточной структуры, и можно рассматривать клетки как узлы сети. Тогда мозг можно свести к нейросети на точечных отображениях. Если такая нейросеть будет работать примерно так же, как мозг, то даже существующих мощностей хватит на то, чтобы создать рабочую модель. Проблема в том, что для такой редукции сложной системы мозга к нейросети нам нужна подробная модель высокого разрешения. Начать строить такую модель возможно уже сейчас — если хватит человеческих ресурсов и денег.

Мы можем пойти дальше и пренебречь миллиардами лет итераций биологического дизайна, опустить все сложные химические и клеточные взаимодействия и скопировать только процессы ввода и вывода информации, уподобив человеческий мозг набору алгоритмов глубокого обучения. Тогда умы, возможно, добьемся производительности, подобной производительности мозга, уже очень скоро. Допущения, которые мы себе позволили, довольно рискованны, но тот, кто сможет заставить этот план работать, выиграет по‑крупному; на кону здесь — полноценный искусственный интеллект.

Самый главный вопрос звучит так: сможем ли мы опередить эволюцию, догнав и перегнав человеческий разум? Здесь важно понимать, что каждая часть мозга глубоко связана с остальным телом и его средой обитания, физической, социальной и культурной. Примерно миллиард молекул в каждой из триллионов клеток тела поют свою песню в унисон с миром.

Мы не наблюдаем Вселенную со стороны; мы — её неотъемлемая часть. Количество уровней погружения одного в другое практически бесконечно. Некоторые люди верят в то, что, если взять Будду за образец и медитировать достаточно долго, можно слой за слоем сорвать с себя эту многоуровневую структуру, выкарабкаться наружу, полностью извлечь себя из глубин реальности. Эпилептический припадок, состояние, близкое к предсмертному, наркотический трип или яркая фантазия способны на краткий срок прервать эту многоуровневую связь с миром, но связь сильна и глубока, и нас возвращает обратно — домой.

Разум человека — это не умение играть в шахматы или го, водить машину или даже мгновенно принимать решения, основываясь на больших объёмах данных. Разум — это вовлечение в окружающую среду. Чем глубже будут связи искусственного интеллекта с миром, тем разумнее он станет. Но насколько далеко нужно зайти на этом пути?

Каждый вид строит для себя собственную, уникальную модель мира в бесконечном числе измерений, и в этой модели копирует сущности этого мира, связанные с реальностью на стольких уровнях, сколько требуется для того, чтобы выжить и оставить потомство. Птицы, которые подбирают хлебные крошки на улицах, знают, как ведут себя люди и машины, и запоминают места, в которые лучше не соваться. Но им не нужно идти дальше и пытаться понять, почему люди или машины ведут себя именно так. Люди погружаются в мир гораздо глубже.

Так же, как мозг птиц и других животных, человеческий мозг — это продукт эволюции и индивидуального опыта, который меняет всё вплоть до химических реакций. Но, в отличие от мозга животного, устроенного более просто, наш мозг работает ещё и в культурном контексте, который открывает нам доступ к практически бесконечному опыту и знаниям. Мозг каждого человека использует этот опыт своим неповторимым способом; каждый создаёт собственную модель мира, а в ней — модели мозга других людей; и каждый человек пользуется этими моделями, чтобы воспроизводить самим им созданный мир, понимать его и действовать в нём. Непонятно, что вообще означает человеческий мозг «в вакууме». Только бесконечно глубокое вовлечение делает нас такими особенными.

Эволюция породила сеть, существующую в бесконечном числе измерений, строящую модели равно бесконечномерного мира и глубоко слитую с ним. Если ИИ достигнет такого же уровня погружения в окружающий мир, он сравняется с человеком и даже превзойдёт его.

Есть ли у вас опасения по поводу будущего, в котором действуют компьютеры, наделённые сверхчеловеческим разумом?

Только сейчас мы начинаем понимать, что в человеческом мозге уже заложены сверхчеловеческие способности. Мозг каждого человека — это знания и опыт, упорядоченные на множестве уровней. Эти знания и опыт накапливались поколениями предков и продолжают накапливаться в течение жизни каждого поколения; каждый человек вносит свою лепту. Вместе с физическим миром и культурной средой мозг человека моделирует и технологии, которые создаёт человечество, в том числе и все попытки создать искусственный мозг. Поэтому даже создав алгоритмы с «более высоким IQ», умеющие лучше нас решать задачи, даже наделив машины способностью создавать улучшенные версии самих себя мы не приблизимся к созданию машины, превосходящей человеческий разум.

Я переживаю не столько за то, сможем ли мы дать искусственному интеллекту сверхчеловеческие возможности, сколько за отдельные вехи, которые мы успешно пройдём на этом пути. Мне представляется кладбище частично успешных версий; оно огромно, оно хранит память о множестве ошибок. Много опасностей подстерегает человечество на пути через эту долину смерти.

Чтобы искусственный интеллект не стал для человека тем, чем автомобиль кажется птице, нам нужно задуматься о том, насколько наши творения должны быть вовлечены в общественную жизнь: какие задачи мы ставим перед ними, решение каких оставляем за собой, что и как мы позволим им узнать о нас, как и чему мы сами будем учиться у них.

А если мы наделим их своими чувствами и желаниями, то получим всё то, что встречаем в Homo sapiens, от дурного до хорошего. Возьмём, к примеру, страх: он вызывает «короткое замыкание», выключающее из цепочки самые прогрессивные области мозга, и разрывает ту глубокую взаимосвязь с миром, которая делает нас разумными. Это даёт нам возможность сосредоточиться на том, что необходимо в данный момент — на выживании. Вряд ли такие короткие замыкания нужны искусственному сверхразуму — особенно если мы дадим ему власть и возможность принимать решения.

Человек осознаёт только малую часть воспринимаемых данных об окружающем мире. На множестве уровней сведения о мире обрабатываются без участия сознания.

Большую часть жизни мы не знаем, почему ведем себя так, а не иначе; мы проживаем жизнь, постоянно открывая самих себя. Система, обладающая сверхчеловеческими способностями, будет устроена иначе.

У такой системы будет не только больше уровней вовлечения в окружающий мир, у неё будет ещё и полный доступ ко всем этим уровням; сознание так систем будет в этом смысле абсолютным.

Если я прав и разум — это действительно результат вовлечения в окружающий мир, искусственные сущности со сверхчеловеческими способностями могут оказаться намного более разумными, чем люди, и гораздо гуманнее нас. Опасаться следует не их, а более простых вариантов искусственного интеллекта, наделённ человеческими страстями и чувствами, такими как страх, но лишёнными глубоких связей с миром, которые вписывают эти чувства и желания в контекст мироздания.

Статья впервые опубликована в журнале IEEE Spectrum под заголовком Henry Markram Talks Brain Simulation. (Генри Маркрам о симуляции мозга). О том, как участники проекта Blue Brain моделируют структуру мозга, можно прочитать на сайте Биомолекулы.

По материалам: popmech

Источник