Помоги проекту - поделись книгой:
Женщины составляют менее 30 % от числа занятых в сфере научных исследований. Еще меньше их доля в сфере инженерно-технических и математических дисциплин{65}. Менее 25 % должностей ИТ-специалистов занимают женщины, а среди предпринимателей их число еще меньше{66}. Женщины на 50 % меньше мужчин пользуются Интернетом, а в некоторых развивающихся странах этот разрыв еще больше{67}. Практически по всем этим показателям наибольший разрыв между мужчинами и женщинами наблюдается в развивающихся странах, т. е. женщины там находятся в худшем положении. Подобный разрыв не позволяет женщинам в полной мере принимать участие в Четвертой промышленной революции и формировать ее. В частности, из-за этого миллионы хороших идей и предложений остаются за бортом, сдерживая столь необходимый процесс получения знаний. Вот почему необходимо решать проблемы гендерного неравенства и уделять им приоритетное внимание в политической, экономической и социальной сферах. Раскрыть потенциал женщин в ходе Четвертой промышленной революции – значит раскрыть потенциал общества.
Помимо перспективы решить проблему гендерного неравенства, Четвертая промышленная революция предоставляет возможность включить в процесс людей, которые исторически находились в бедственном положении или подвергались преследованиям по гендерным, расовым, возрастным признакам, из-за сексуальной ориентации или физической неполноценности, либо из-за отказа отождествлять свой пол с полом, полученным при рождении. Новые технологии способны трансформировать наше восприятие пола, возраста и самого человеческого организма. Люди с ограничениями по здоровью получат выгоду от технологий, которые позволят расширить возможности человека. В итоге само понятие физической неполноценности постепенно исчезнет.
По мере того как роботы и другие передовые технологии становятся все более обычным явлением в обществе, они помогают разрушать стереотипы. Однако этот процесс не является неизбежным: он зависит от тех ценностей, на которые мы ориентируемся при создании и внедрении технологий, о чем говорилось в главе 3. Имеющиеся у людей предрассудки, такие как сексизм и расизм, проявляются уже при программировании машин и при взаимодействии с ними{68}. Так, хотя в теории роботы-гуманоиды могут создаваться без таких атрибутов, как раса или пол, чаще всего роботы для обслуживания клиентов имеют женские признаки, в то время как промышленные роботы, как правило, создаются с мужскими признаками. Это сдерживает применение новых технологий для разрушения вековых стереотипов и мешает мыслить не традиционными категориями, а более широко. Будут ли новые технологии сохранять существующие стереотипы или позволят повысить благосостояние всех людей и общества в целом, зависит от осознанного выбора, который делается при разработке этих технологий.
Ответственное и гибкое руководство для вовлечения всех заинтересованных групп
Развитие Четвертой промышленной революции будет зависеть от того, сможем ли мы принимать осознанные решения или будем действовать без оглядки на растущие экономические, экологические и социальные проблемы. Если мы на самом деле хотим почувствовать себя частью чего-то гораздо большего, чем мы есть – истинно глобальной цивилизацией с осознанием общей судьбы, – нужно вовлечь в движение по намеченному нами курсу все заинтересованные круги. Мы несем ответственность за предоставление равных возможностей растущему населению развивающихся стран, особенно молодежи, которая все еще пытается воспользоваться плодами предыдущих промышленных революций. Мы должны сохранить для будущих поколений здоровую планету. И мы должны стремиться к тому, чтобы выгоды этой технологической эры справедливо распределялись между всеми гражданами независимо от возраста, уровня дохода, расы или убеждений.
Решение наших общих проблем требует радикального мышления. Технологии, вытесняющие ручной труд, серьезные климатические изменения, растущая озабоченность в отношении неравенства и грядущей экономической неопределенности подрывают те модели и парадигмы, на которых основываются наше общество и экономика. Лидеры всех секторов промышленности во всех странах должны взять на себя ответственность за ведение диалога о необходимых социальных и экономических системных изменениях. Нужно также определиться, какими будут эти изменения – кардинальными или постепенными.
Если мы хотим, чтобы Четвертая промышленная революция привела нас в экологически рациональное и открытое для всех будущее, крайне важно придерживаться подхода, нацеленного на множество заинтересованных сторон.
Принцип множества заинтересованных сторон предполагает, что жизнеспособные решения сложных мировых проблем могут быть достигнуты только при совместном участии руководителей бизнеса, государства, гражданского общества и научных кругов, а также с привлечением молодого поколения.
Для включения развивающихся стран в Четвертую промышленную революцию необходимо:
• на местном и региональном уровне обсуждать, как будет выглядеть будущее и как местное население сможет воспользоваться преимуществами новых технологий;
• на местном, региональном и общемировом уровне проводить в отношении инноваций, инфраструктур и индустриализации политику, которая позволит всем гражданам воспользоваться потенциалом и выгодами новых технологий.
Защита окружающей среды в ходе Четвертой промышленной революции подразумевает:
• не только создание и внедрение новых технологий для недопущения ущерба, но и упреждающий, ориентированный на перспективу подход к сохранению и улучшению мира природы;
• перестройку экономических моделей в отношении использования технологий и их воздействия, чтобы стимулировать производителей и потребителей к снижению потребления ресурсов и поощрять экологически рациональные продукты и услуги.
Чтобы Четвертая промышленная революция обеспечила процветание, открытость и равенство для общества и граждан, требуется осознанный выбор технологических систем, которые неизбежно будут влиять на экономику, окружающую среду и социальные системы. Это означает, что нужно иметь волю для противодействия существующим экономическим и политическим парадигмам и их перестройки с целью включения всех заинтересованных участников – независимо от этнической, возрастной, половой или национальной принадлежности.
Часть 2
Технологии, возможности и перемены
Краткий обзор
В части 1 мы рассказали о динамике развития и проблемах Четвертой промышленной революции, а также обсудили необходимость использования подхода, который бы ориентировался на человека, базировался на ценностях и учитывал интересы всех групп, участвующих в процессе. В части 2 мы более подробно обсудим уникальные технологии и условия, создающие предпосылки для этих технологий, а также узнаем, как, работая в связке, оба этих компонента становятся движущей силой новой эры. Размах, масштаб и скорость изменений этих технологий таковы, что они окажут влияние не только на промышленность, – эти технологии способны изменить ход истории и повлияют на все стороны нашей жизни.
Написанные в рамках сотрудничества с сетью советов по глобальному будущему (Global Future Councils) и сетью экспертов Всемирного экономического форума, следующие 12 глав расскажут о технологиях, которые служат движущими силами Четвертой промышленной революции по мере того, как она набирает обороты и охватывает весь мир. Четыре раздела – «Расширение цифровых технологий», «Преобразование физического мира», «Изменение человека» и «Интеграция окружающей среды» – направляют обсуждение этих технологий в сторону ключевых тем, подчеркивающих то, как технологии влияют на мир и знаменуют начало новой эры. Эти главы призваны дать общую картину – в соответствии с примененной во второй главе стратегией «масштабирования» – и представить широкую панораму возможностей технологий, а также примеры практического их применения.
Помимо изменения цепочек ценности и организационных структур, каждый из описанных в этих главах 12 наборов технологий порождает новые категории, инновационные процессы и потрясающие товары и услуги. К примеру, цифровые технологии занимают все больше места в материальном мире за счет использования облачных технологий, создающих сети роботов, генетических секвенаторов, носимых устройств, дронов и устройств виртуальной и дополненной реальности. Платформы искусственного интеллекта позволяют повысить мощь приложений, используемых в самых разных отраслях промышленности, и усовершенствовать возможности принятия решений в компаниях. Вдобавок передовые материалы продолжают «обновлять» наш физический мир, позволяя создавать невиданные ранее продукты.
Влияние этих инновационных технических средств, научных применений и инфраструктурных изменений распространяется на всех участников. Они влияют на возможности промышленности, социальные отношения и политические стратегии. В частном бизнесе и государственных структурах присутствует ясное понимание того, что контроль этих факторов критически важен для существования человечества на протяжении ближайших десятков лет. Видение общей картины – ключ к правильному управлению этими возможностями, и каждая глава второй части призвана помочь читателю лучше понять их и научиться «отвлекать от частностей». С другой стороны, каждая глава помогает увидеть детали, предоставляя примеры того, где и как используются эти технологии, а также раскрывая их уникальные возможности. Главы содержат также замечания экспертов, которые вынесены в специальные дополнения.
Выбор 12 категорий взаимосвязанных технологий не претендует на полноту, потому что есть масса отдельных, не относимых ни к каким категориям технологий – сложно охватить одним взглядом все это разнообразие. Многие технологии еще ожидают своего первооткрывателя. Для части 2 отобраны технологии, наиболее заметные на нынешнем раннем этапе. Уже сейчас ясно, что они связаны с биологией, интеллектом и опытом человека, а также с окружающей нас средой, а их влияние будет обширным и тяжело поддающимся прогнозированию. Они повлияют на нашу личную жизнь и работу, а также на то, как мы воспитываем и готовим к жизни наших детей. Технологии окажут влияние на более широкие аспекты нашей жизни, в числе которых права человека и взаимодействие человека с обществом, а также отношения между народами. Изменится понимание того, что возможно, допустимо и необходимо в нашей жизни. По этим и другим причинам исключительно важно в процессе развития технологий не забывать о человеке.
Раздел 1. Расширение цифровых технологий
Цифровая революция, которую мы еще называем Третьей промышленной революцией, принесла с собой универсальные вычисления, разработку ПО, персональные компьютеры и связанный мир вычислений за счет появления повсеместной цифровой инфраструктуры и Интернета. Но большинство привычных нам сегодня вычислительных технологий развивались в рамках одной классической парадигмы процесса вычислений, созданной еще в 1940-х годах. Сейчас исследователи и
предприниматели работают над другими возможностями вычислений, которые смогут обогатить наши способности и расширить ожидания в отношении хранения, обработки и передачи информации. В главах этого раздела обсуждаются новые технологии вычислений, блокчейн и системы распределенного реестра и растущий Интернет вещей, а также представляются примеры того, как инновационные цифровые, квантовые и встроенные вычисления могли бы изменить будущее.
Глава 5. Новые вычислительные технологии
Глава 6. Блокчейн и технологии распределенного реестра
Глава 7. Интернет вещей
Специальная вставка. Этические нормы работы с данными
Специальная вставка. Киберриски
Раздел 2. Преобразование физического мира
Развивающиеся в рамках Четвертой промышленной революции технологии задействуют увеличенную пропускную способность, расширенную доступность облачных сервисов и повышение скорости и мощи графических вычислений, чтобы выйти за рамки экранов компьютеров и проникнуть в промышленное производство, городскую транспортную инфраструктуру и интерактивные устройства. Точно так же, как электрические сети и механизированные инструменты создали во время Второй промышленной революции предпосылки для разработки цифровых технологий, цифровая инфраструктура создает базу для преобразования технологий, создающих материальную основу нашей среды обитания, а также материальные ценности, с которыми мы взаимодействуем в промышленной и социальной средах. В трех главах этого раздела обсуждаются искусственный интеллект и робототехника, передовые материалы, дроны, аддитивное производство и многомерная печать. Мы стоим на пороге будущего, в котором цифровые агенты и действующие лица уничтожают границу между программным обеспечением и артефактом, принуждают к созданию новых функциональных возможностей и даже способны независимо перемещаться среди нас.
Глава 8. Искусственный интеллект и роботы
Глава 9. Передовые материалы
Глава 10. Аддитивное производство и многомерная печать
Специальная вставка. Преимущества и недостатки дронов
Раздел 3. Изменение человека
Границы между технологиями и человеческими существами размываются, и не только благодаря возможности создавать роботов, похожих на живые существа или синтетические организмы, – речь идет о способности новых технологий буквально стать частью нас. Технологии уже оказывают влияние на то, как мы воспринимаем себя, что думаем друг о друге и как определяем свою реальность. Описываемые в этом подразделе технологии облегчают доступ к органам нашего тела, позволили интегрировать цифровые технологии в организм человека. Похоже, метафора «киборга» перестала вызывать шок, но в будущем могут появиться удивительные сочетания цифровых и аналоговых форм жизни, которые изменят саму нашу природу. Главы этого раздела посвящены биотехнологиям, нейротехнологиям, исследованиям мозга, устройствам виртуальной и дополненной реальности. Наверное, именно эти технологии больше, чем какие-либо другие технологии Четвертой промышленной революции, поставят перед нами сложные этические проблемы. Они внедрятся в нашу биологию и изменят наши механизмы взаимодействия с миром. Они способны переходить границу между телом и сознанием, улучшать наши физические возможности и даже оказывать долговременное влияние на саму жизнь. Это не просто инструменты, и они требуют особого внимания из-за их способности расширить возможности или вмешаться в человека, его поведение и права.
Глава 11. Биотехнологии
Глава 12. Нейротехнологии
Глава 13. Виртуальная и дополненная реальность
Специальная вставка. Перспективы искусства, культуры и Четвертой промышленной революции
Раздел 4. Интеграция окружающей среды
Успех Четвертой промышленной революции будет зависеть от технологий, обеспечивающих развитие инфраструктуры, поддерживающих работу глобальных систем и открывающих новые пути в будущее. Технологии, обсуждаемые в этих главах, расширяют возможности решения именно этих задач. Средства получения, хранения и передачи энергии, особенно использующие экологичные материалы и процессы, уменьшат зависимость от ископаемого топлива и дадут людям недорогую распределенную энергию. Геоинжиниринг, все еще очень рискованная технология, заставляет задумываться об управлении климатом и о том, что надо предпринять для решения глобальной проблемы повышения температуры атмосферы. Космические технологии окружают нас, позволяют наблюдать за планетой и ее экосистемами, а также являются средоточием передовой науки, исследований и технических инноваций. Все это связывает нас с планетой и Вселенной и требует осознания, что все мы вместе отвечаем за окружающую среду – Землю, воздух и космос. Такие огромные способности этих технологий оказывать влияние на нашу жизнь требуют совместных усилий и принятия важных решений в отношении нашего общего будущего.
Глава 14. Получение, накопление и передача энергии
Глава 15. Геоинженерия
Глава 16. Космические технологии
Раздел 1. Расширение цифровых технологий
Глава 5
Новые вычислительные технологии
Цифровые компьютерные вычисления стали технологией общего назначения, которая служила движущей силой Третьей промышленной революции благодаря экспоненциальному снижению размера и стоимости транзисторов с момента их изобретения в 1947 году. Новые компьютерные технологии сохранят свою важность, поскольку повсеместно распространенные, надежные, эффективные и дешевые цифровые средства – это основа технологий и систем Четвертой промышленной революции, а также ввиду перспектив появления принципиально новых подходов, создающих новые возможности и новые проблемы.
Развитие вычислений базируется на инновациях в области материалов, сборки и конструирования, которые используются для обработки, хранения и взаимодействия с информацией. Вычисления распадаются на несколько областей, таких как централизованные облачные вычисления, квантовые вычисления, обработка данных в нейронных сетях, хранение биологических данных, оптические вычисления и вычисления в сетях. Эти средства требуют разрабатывать новое ПО и новые формы криптографии. Они позволяют ставить и решать задачи в области кибербезопасности, предоставляя поддержку обработке естественного языка и обещая в перспективе огромное повышение эффективности в таких областях, как применение в медицине и моделировании физических и химических процессов. Новые вычислительные технологии, возможно, помогут решить часть самых сложных проблем, которые стоят перед нами. Но без бдительного управления, гарантирующего равный доступ к достижениям и контроль за безопасностью новых технологий, последние могут создавать значительные риски.
Продление демократизирующего влияния закона Мура[7]
Закон Мура носит имя сооснователя компании Intel Гордона Мура (Gordon Moore) и основан на том наблюдении, что с середины 1960-х годов плотность транзисторов на интегральной схеме удваивается с периодом 1,5–2 года. Это означает, что размер компьютеров уменьшается, а быстродействие повышается с экспоненциальной скоростью, при этом стоимость ежегодно снижается примерно на 30 %. Если бы не закон Мура, мы были бы лишены потребительских мобильных вычислений, в которых используются очень маленькие процессоры и средства хранения данных. Также мы бы не знали мобильной телефонии. Как показывают результаты исследований центра Pew Research Center, именно благодаря влиянию мобильной телефонии 43 % людей в мире обладает смартфоном того или иного типа{69}{70}. Кроме того, исследователям, предпринимателям в области технологий и корпорациям была бы недоступна невиданная скорость современных быстрых компьютеров.
Замечательная тенденция снижения цены и роста производительности должна продолжиться, даже когда закон Мура перестанет действовать. Более чем у четырех миллиардов людей нет доступа к Интернету, но использование технологий обработки цифровой информации, – мощная движущая сила экономического развития{71}. На протяжении нескольких лет производители микросхем и материаловеды обеспокоены тем, что мы практически достигли физического предела, за которым невозможно дальнейшее уменьшение размеров транзисторов. Повышение скорости и снижение энергопотребления транзисторов (описываемые законом Деннарда) завершились практически десятилетие тому назад. Современные транзисторы меньше вирусов – сейчас самый малый промышленный стандарт составляет 14 нанометров. Производство кристаллов с более мелким шагом (10 нм) начнется[8] в 2017 году, а в течение следующих пяти лет компания Intel планирует производить кристаллы с шагом 7 нм. Для сравнения: толщина человеческого волоса составляет 50 тыс. нм.
Пять нанометров, скорее всего, является физическим пределом размера транзистора на кристалле кремния из-за того, что при таком масштабе начинают проявляться эффекты квантового туннелирования электронов, то есть прямого перехода электронов сквозь тонкие материалы, а также другие формы утечки тока, которые могут повреждать кристалл или сильно снижать его эффективность[9]. Как говорится в Международном плане по развитию полупроводниковой технологии (International Technology Roadmap for Semiconductors, ITRS): «Полупроводниковая промышленность приближается к пределу горизонтального развития»{72}. Одно из решений – вертикальная упаковка транзисторов, но в этом подходе есть свои проблемы, например отвод снижающего производительность тепла, которое образуется в многоуровневом кристалле. Возможно, использование новых материалов позволит устранить это ограничение на размер и сделать транзисторы еще меньше.
Исследователи из университета в Беркли создали на основе углеродных трубок и дисульфида молибдена работающий транзистор с затвором размером всего в один нанометр{73}. Рано или поздно удвоение числа транзисторов на единицу площади станет физически невозможным. Но даже задолго до достижения этого предела изготовление уменьшенных транзисторов в промышленности станет невозможным. Закон Рока, дополнение к закону Мура, говорит, что стоимость заводов, выпускающих кристаллы с новыми, уменьшенными транзисторами, удваивается каждые четыре года, потому что требуется оборудование, отличающееся более высокой точностью и более низким уровнем ошибок. Как заметили Питер Деннинг (Peter Denning) и Тед Льюис (Ted Lewis), из закона Рока следует, что размер рынка для каждого нового поколения кристаллов должен быть как минимум в два раза больше существующего рынка – только так можно экономически оправдать расходы на новые производственные мощности{74}. Из-за необходимости бо́ льших инвестиций и резкого усложнения производства кристаллов период удвоения плотности увеличился с 2 до 2,5 лет{75}.
Чтобы продолжить экспоненциальный рост вычислительных мощностей, потребуется другой подход к совершенствованию систем, отличный от простого уменьшения размера транзисторов. В 2016 году в Институте инженеров электротехники и электроники признали необходимость нового подхода: многие годы IEEE направлял инвестиции в разработку кристаллов, публикуя отчеты о сокращении размера транзисторов, но в будущем в IEEE переориентируются на разработку «Международного плана по развитию устройств и систем» (International Roadmap for Devices and Systems), который призван «сформулировать новый «закон Мура» для производительности компьютеров и ускорить появление на рынке новых, инновационных технологий вычислений»{76}. Новые пути повышения производительности и эффективности предполагается искать в создании новейших материалов, новых архитектур и системного подхода к вычислениям. Это означает, что повсеместные и недорогие вычисления станут доступными все большему числу людей и организаций.
Один из возможных способов сохранения такого же ускорения роста производительности – переход к более специализированным процессорам, как это делалось на заре вычислительной техники, когда кристаллы создавались специально для выполнения определенных задач. С 1970-х годов в цифровых вычислениях доминировали стандартизованные, массово производимые микропроцессоры общего назначения, которые можно было программировать для выполнения любых задач{77}. Но для выполнения задач обработки больших объемов данных, когда одна и та же операция выполняется множество раз, эффективность стандартного центрального процессора сравнительно невысока. Сегодня второе место по распространенности после центрального процессора занимает графический процессор – специализированное устройство, обеспечивающее отображение информации на экране и выполняющее ресурсоемкую задачу создания и обновления трехмерных изображений.
Повышение важности и расширение применения машинного обучения создали спрос на новые виды нестандартных вычислительных архитектур. Компания Google, один из крупнейших покупателей процессоров, разработала большое количество тензорных процессоров – специализированных интегральных схем, предназначенных для алгоритмов глубинного обучения. В компании заявляют, что тензорные процессоры применялись в программе AlphaGo, которая в 2016 году в серии из пяти игр обыграла Ли Седола (Lee Sedol), чемпиона мира по игре в го. Новые структуры памяти и обработки вызывают к жизни новый класс микропроцессоров, которые называют «ускорителями искусственного интеллекта». Архитектура этих устройств оптимизирована для операций, которые выполняются в искусственных нейронных сетях многих систем машинного обучения. Такие процессоры обеспечивают скорость, экономичность и энергоэффективность, которые нужны для широкомасштабного применения алгоритмов искусственного интеллекта{78}.
Увеличение предложения и повышение производительности – всего лишь часть возможного решения стоящих перед нами проблем. Нам нужно не только больше вычислительной мощности и скорости или больше транзисторов – нам надо уметь справляться с новыми потребностями, возникающими в связи с распространением устройств и данных. Мы должны уметь использовать вычислительные возможности в ситуациях и контекстах, которые имеют смысл в реальной жизни. Например, в масштабах планеты облачные вычисления выполняются за считаные секунды, но, чтобы искусственный интеллект мог работать с людьми и выполнять основные функции, такие как обеспечение общественной безопасности или управление дорожной сетью, требуется уметь обрабатывать экзабайты данных за милли- или даже микросекунды. Главные составляющие проблем, которые мы пытаемся решить, связаны не с объемом, а со скоростью, временем ожидания и энергией.
Но в самом крайнем случае успехи физики и материаловедения позволят создавать не просто более эффективные специализированные процессоры, устанавливаемые на цифровые компьютеры, а новые виды вычислений, и наиболее многообещающий и новаторский из них – квантовые вычисления.
Квантовые вычисления: революционная теория и сложности реализации
Если нам удастся построить стабильный и мощный квантовый компьютер, то у этой технологии появится шанс стать самой новаторской среди технологий Четвертой промышленной революции. Но это случится не сразу. Квантовые компьютеры меняют сам принцип вычислений, используя причудливые законы квантовой механики. Вместо применения транзисторов, в основе которых лежат бинарные значения, представляющие нули и единицы (биты) и используемые классическими компьютерами для хранения информации и выполнения различных операций, в квантовых компьютерах применяются квантовые биты, или кубиты. В отличие от обычных битов, которые способны принимать только значения «1» или «0», значение кубита представляет собой суперпозицию возможных состояний и заранее может быть известна только вероятность, с которой можно получить то или иное значение при его измерении. Это позволяет кубитам в каждый момент времени представлять несколько состояний.
Еще одно удивительное свойство материи на квантовом уровне – квантовая сцепленность, которая подразумевает, что несколько кубитов, находящихся в этом состоянии, могут быть связаны и измерение квантового состояния одного из них позволяет получить информацию о состоянии остальных кубитов. Таким образом, в квантовых компьютерах могут применяться квантовые алгоритмы, создающие вероятностные обходные пути, что позволяет получать приемлемые решения сложных математических задач. Для решения этих же задач на классических цифровых компьютерах потребовалось бы слишком много времени. Пример такой задачи – разложение больших чисел на простые множители. Работа многих современных приемов шифрования основана на том, что для выполнения этой задачи классическим компьютерам требуется очень много времени. К другим примерам можно отнести решение задач оптимизации со многими переменными – обычно это задачи по повышению коэффициента использования производственных мощностей, оптимизации складского хозяйства или поиску в огромных неструктурированных базах данных{79}.
Квантовые компьютеры могут также моделировать другие квантовые системы, например отражать поведение атомов и частиц, и делать это точнее, а также с учетом необычных условий, например тех, что существуют внутри Большого адронного коллайдера. К примеру, квантовое моделирование на квантовых компьютерах позволит легко рассчитать взаимодействие молекул – для классических компьютеров это очень сложная задача. Эти расчеты – ключ к созданию еще более совершенных материалов, экологически чистых устройств и новых медикаментов. Поэтому реализация квантовых вычислений станет движущей силой многих фундаментальных технологий и систем Четвертой промышленной революции.
Но есть одна существенная оговорка. В теории квантовые компьютеры существуют уже более 30 лет – с того времени, когда Ричард Фейнман (Richard Feynman) предложил их в 1982 году, но их революционный потенциал все так же остается в теории, потому что построение универсального квантового компьютера – исключительно сложная инженерная задача. Для создания и поддержки кубитов необходимы стабильные системы в экстремальных условиях, в частности, компоненты должны находиться при температурах, очень близких к абсолютному нулю{80}. В лучших современных квантовых компьютерах очень немного кубитов (у квантового компьютера корпорации IBM всего пять кубитов) или практических применений (квантовые компьютеры компании D-Wave Systems, в которых применяется принцип квантового отжига), большинство из которых ограничены мощностью и типом решаемых задач. Тем не менее налицо достаточно быстрый прогресс, и уже можно говорить о практическом потенциале квантовых компьютеров. Развивается и теоретическая база, предлагаются новые идеи в области квантовых алгоритмов и на совершенно новом направлении – в области квантового машинного обучения.
После устранения физических и инженерных сложностей с реализацией квантовых вычислений возникнут новые проблемы, наиболее важными из которых станут доверие и безопасность. Чтобы взломать 2048-разрядный сертификат протокола TLS (Transport Layer Security), который используется в веб-браузерах для подключения к банковским личным кабинетам и электронной почте в Интернете, современным классическим компьютерам потребуется 13 млрд лет. А вот компьютер с квантовым затвором, вооруженный разработанным в 1994 году математиком Питером Шором (Peter Shor) алгоритмом, справится с этой задачей со скоростью, которая сведет на нет все преимущества современных криптографических механизмов{81}. Нам придется переосмыслить стандарты, которые сейчас применяются в онлайновых транзакциях и в других средствах безопасного хранения информации. Это потребует от нас продолжения работы над совершенствованием существующих приемов, чтобы сделать их устойчивыми ко взлому с помощью квантовых компьютеров, а также чтобы задействовать квантовые эффекты для создания новых форм квантовой криптографии.
Вряд ли квантовые вычисления когда-либо полностью вытеснят классические компьютеры. У использования квантовых эффектов меньше важных практических преимуществ, когда речь идет об удовлетворении львиной доли современных потребностей в вычислениях, – они полезнее в узких областях, а именно в математике и химии. Более того, современные представления о физике не дают оснований предполагать, что квантовые компьютеры когда-либо станут дешевле и меньше классических компьютеров. Несмотря на возможность фундаментальных перемен, использование сложных квантовых эффектов скорее всего останется уделом специализированных и очень дорогих вычислений – по крайней мере до начала Пятой промышленной революции.
Большое влияние все более компактных и быстрых компьютеров
В 1991 году Марк Уэйзер (Mark Weiser) написал: «Самые фундаментальные технологии – те, что исчезают. Они вплетаются в материю повседневной жизни, становясь неотличимой от нее»{82}. В результате победного демократизирующего марша закона Мура цифровые компьютеры утратили свое значение дискретных объектов: компьютеры сегодня – это больше, чем просто важная составляющая часть новых автомобилей, потребительской электроники и большинства устройств бытовой техники. Они интегрированы в материю и одежду, а также встраиваются в окружающую нас инфраструктуру – в дороги, светофоры, мосты и здания{83}. Мы живем в мире, построенном компьютерами.
Благодаря новым сенсорам и алгоритмам машинного обучения мы можем получать доступ к компьютерам по новым каналам. Голосовые команды и естественная речь освобождают нас от необходимости взаимодействовать с экраном и клавиатурой. Сенсоры, считывающие «язык тела», а также жесты руками и движения глаз, позволяют компьютерам понимать как сознательные, так и подсознательные намерения человека при управлении компьютерами и другими устройствами, такими как инвалидная коляска и протезы. В апреле 2017 года компания Facebook объявила, что команда из 60 исследователей, в состав которой входят специалисты по машинному обучению и нейронным протезам, работает над тем, чтобы пользователи могли передавать компьютеру команды и сообщения, используя только силу мысли{84}. Такие пошаговые методы получения доступа к компьютерам откроют новые возможности выполнять одновременно несколько задач или обрабатывать информацию, поступающую из окружающего нас мира.
Компьютеры также физически становятся частью нас самих. Внешние носимые устройства, такие как смарт-часы, интеллектуальные наушники и очки дополненной реальности, открывают путь для активных вживляемых микрочипов, которые пересекают естественную границу нашего тела – кожу, создавая интересные новые возможности, простирающиеся от интеграции в тело лечебных систем до расширения способностей человека.
Биологические вычисления вскоре позволят нам заменять специализированные микросхемы специально сконструированными биосистемами, которые представляют собой ключевой компонент «биохакинга» – новой культурной формы выражения и потребления. Исследователи из Массачусетского технологического института показали, что сенсоры, переключатели и микросхемы памяти можно закодировать в обычной бактерии, обитающей в кишечнике человека, а это означает, что наши биомы[10] можно, к примеру, целенаправленно спроектировать так, чтобы они обнаруживали и лечили воспалительные заболевания кишечника или рак толстой кишки{85}.
Но эти возможности сопряжены с вызовами и рисками. Расширение возможностей двустороннего потока информации между нами и окружающей средой требует постоянного расширения пропускной способности канала обмена, а также совершенствования технологий сжатия. Громадные объемы данных, создаваемых в цифровом мире, требуют новых подходов, которые позволили бы создать плотное и долгосрочное хранилище. Одно из решений заключается в использовании ДНК для хранения информации. В 2012 году ученый Джордж Черч (George Church) из Гарвардского университета продемонстрировал возможность хранения данных в ДНК с плотностью, в 100 тыс. раз превышающей возможности лучшей флеш-памяти. Данные оставались стабильными в широком диапазоне температур. Черч утверждает: «Вы можете оставить носитель где угодно – в пустыне или у себя на заднем дворе, и данные останутся в целости и сохранности и через 400 тыс. лет»{86}.
В определенном смысле глобальные вычисления способны сделать мир более хрупким, особенно в экстремальных условиях. Если полагаться на системы, которые всегда нуждаются в вычислениях, то отключение электроснабжения может приводить к катастрофическим последствиям. Ситуация может усугубляться слабыми навыками использования более простых запасных систем с ручным управлением – это может усугублять негативные последствия аварий. У распространения глобальных вычислений также совершенно определенно будут социальные последствия. Более быстрые и меньшие по размеру компьютеры уже изменили поведение человека: к примеру, простое присутствие мобильного телефона на столе означает, что человек скорее всего будет меньше уделять внимания собеседнику или вряд ли запомнит все детали разговора{87}. Использование социальных сетей также связывают со снижением способности к сопереживанию среди молодых людей.
Негативные последствия для окружающей среды будут усугубляться по мере распространения вычислительных технологий. В развитых странах центры обработки данных уже потребляют около 2 % всей вырабатываемой электроэнергии. В Соединенных Штатах это 70 млрд киловатт-часов, что больше годового потребления электроэнергии такой страны, как Австрия. Если мы хотим быть ответственными хозяевами своей планеты, то при продвижении разработанных исследователями и компаниями новых материалов, предназначенных для следующей волны инноваций в области вычислений, мы должны применять такие механизмы продвижения на рынке, которые повысят возобновляемость и энергоэффективность вычислительных методов и оборудования. При разработке новых типов процессоров главная задача должна заключаться в обеспечении возобновляемости ресурсов.
Не забывая о возобновляемости, важно понимать ограничения систем, которые мы сейчас создаем. Хотя «облака» доступны широким кругам потребителей менее десяти лет, тенденции к созданию более крупных и эффективных централизованных центров обработки данных и обеспокоенность по поводу безопасности и конфиденциальности личной информации заставляют проявлять больше изобретательности в отношении того, как и где хранятся данные, а также сколько за это приходится платить. Если данные используются для получения информации и принятия решений в реальном времени, более оперативным решением может оказаться использование вычислений в сетях – вычисления с участием многих устройств в Сети. В центрах обработки данных могут храниться архивы, а сетевые вычисления предоставят необходимую аналитику и возможность быстрого принятия решений на месте, без дополнительных затрат на масштабирование центров обработки данных, повышая тем самым их эффективность.
Также важен аспект равных возможностей. Передний край разработки и внедрения новых вычислительных технологий обычно находится в развитых странах, где есть крупные и богатые потребительские рынки, обширный человеческий капитал и возможности привлечения инвестиций в разработку технологий. Чтобы преимуществами Четвертой промышленной революции могли воспользоваться более широкие массы людей, требуется разрабатывать доступные вычислительные технологии, а также технологии, способные работать в самых разных средах, включая места с непостоянным энергоснабжением, значительными перепадами температур и даже с возможностью облучения радиацией{88}. Один из примеров – Raspberry Pi, недорогой, но высокопроизводительный компьютер, призванный сделать вычисления более предметными и доступными людям во всем мире. С момента начала его выпуска в 2012 году продано более 12 млн экземпляров Raspberry Pi{89}.
Создание компьютеров, способных работать в самых разных условиях, – всего лишь небольшая часть более сложной задачи организации распределения преимуществ, предоставляемых вычислительными технологиями. От инновационных технологий обычно больше всего выигрывают те, кто начал использовать их первыми. Нужны дополнительные усилия, чтобы обеспечить более уязвимым в экономическом, социальном и физическом отношении людям доступ к новым инструментам. Это нужно для того, чтобы они могли воспользоваться экономическими преимуществами новых технологий общего назначения. Это вопрос не только справедливого налогообложения, но и конкурентной политики и прав потребителей: находясь на гребне волны прогресса вычислительных технологий, «суперплатформы» в состоянии получить непропорционально огромную власть над происходящими в цепочках создания ценности процессами. Например, возможность использовать специализированные процессоры и получать доступ к огромным объемам данных позволяет создавать ценовую дискриминацию среди потребителей и, в итоге, выдавливать конкурентов с рынка{90}.
Наконец, как говорилось в предисловии, наблюдается кризис доверия к институтам и технологиям. По мере того как компьютеры становятся неотъемлемой частью повседневной жизни все большего числа людей в мире, безопасность и защита личной информации становятся жизненно важными для восстановления доверия между гражданами, государством и корпорациями.
1. Действие закона Мура (постоянное снижение размера и стоимости транзисторов) подходит к концу из-за физических ограничений на атомном уровне, а закон Деннарда (увеличение скорости и снижение энергопотребления транзисторов) уже перестал действовать. Специалисты по материаловедению пытаются найти решение проблемы, но линейная обработка достигла физического предела. Нужны новые формы вычислений.
2. Основные проблемы удовлетворения потребностей в вычислениях связаны не только с вычислительными ресурсами (числом транзисторов), но и с требованиями к скорости, задержкам и энергопотреблению, которые заставляют искать новые пути вычислений, – именно поэтому проявляется такой интерес к альтернативам, таким как квантовые вычисления, фотоэлектроника и вычисления в сетях.
3. Распространение небольших и быстрых компьютеров означает, что устройства заполняют собой наше городское пространство, потребительские товары, дома и даже наше тело. При подключении к Интернету эти устройства становятся частью глобальной Сети (см. главу 7).
4. Центры обработки данных становятся централизованными пространствами для наших данных и сейчас предоставляют доступ к архивным данным и вычислительным мощностям. В будущем для удовлетворения наших запросов на адаптивные вычисления потребуется локально более доступные вычислительные ресурсы для наших устройств, чтобы обеспечить необходимую скорость и своевременность реакции. Это может означать значительные перемены в том, где и как используются вычислительные мощности.
5. Расширение проблематики новых вычислительных технологий увеличивает возможности их влияния на общество – в целом и в его частях. Доступности, всеохватности и вопросам безопасности, сохранения личной информации и полномочий надо уделять столько же внимания, сколько и самим технологиям.
Глава 6
Блокчейн и технологии распределенного реестра[11]
Имя Сатоши Накамото (Satoshi Nakamoto), под которым в октябре 2008 года был опубликован документ, описывающий основы технологии распределенного реестра, когда-нибудь может стать известным не только в кругах технических специалистов. Персона или группа людей, стоявшая за этой анонимной публикацией, предложила технологию платежей на основе блокчейна, несущую в себе огромный потенциал для преобразований. Эта новаторская комбинация математики, криптографии, компьютерных технологий и теории игр положила начало развитию цифровых валют и созданию совершенно новой системы хранения и обмена ценностей как в цифровом, так и в реальном секторе экономики{91}.
К 2030-м годам разные версии технологий распределенных реестров – или блокчейн – могут значительно изменить все, от онлайновых финансовых транзакций до способов голосования и решения вопросов о производстве товаров. Представьте, что будет, если около 10 % мирового ВВП будет храниться и обращаться в валютах, не связанных с какими-либо государствами, или если налоги во всех секторах экономики будут собираться автоматически, прозрачно и без задержек. Широкое распространение блокчейн-технологий может стать поворотной точкой в истории, но пока и сами эти технологии, и возможности для их применения находятся на начальной стадии развития. Реализации преимуществ блокчейна препятствуют разногласия во мнениях о структуре блокчейн-сетей, возможное несоответствие транзакций национальным законам о передаче данных и многие другие проблемы. Коллективное управление, привлечение заинтересованных сторон и решение ряда «офлайновых» задач координации – наиболее приоритетные вопросы, которые необходимо решить для раскрытия потенциала этой революционной технологии и переосмысления концепций доверия и транзакций.
Архитектура доверия
Как подразумевает термин «технология распределенного реестра», в основе блокчейн-технологии лежит возможность создавать уникальные цифровые записи и обмениваться ими без централизованной доверенной стороны. С помощью хитрой комбинации криптографии и одноранговых сетей эта технология гарантирует точность и прозрачность хранящейся и передающейся в системе информации, предоставляя некоторые дополнительные преимущества, такие как возможность видеть все предыдущие состояния записи и создавать программируемые записи, так называемые «смарт-контракты».
Эта технология революционна по четырем причинам. Во-первых, блокчейн помогает контролировать одновременно полезную и опасную особенность цифровой экономики – возможность точно копировать цифровые объекты и передавать их почти без предельных издержек многим людям одновременно. Это полезно для обмена информацией, но проблематично, когда необходимо передать что-то уникальное или требующее надежного подтверждения источника происхождения, будь то единица цифровой валюты, документ с важной информацией или предмет искусства, для которого важно, кто владеет оригиналом. Блокчейн позволяет создавать и передавать достоверно уникальные цифровые объекты без риска создания фальшивых копий и дублирования отправки, порождая так называемый «Интернет ценностей»{92}.
Второй революционный аспект заключается в том, что технологии распределенных реестров обеспечивают прозрачность, верифицируемость и неизменность данных, не требуя от участников доверия к единой централизованной третьей стороне. Это важно, потому что во многих случаях очень сложно выбрать или создать доверенную третью сторону, которая будет вести записи о транзакциях либо сможет подтвердить личность владельца или источник происхождения ценного объекта.
Третий важный атрибут: предоставляемая распределенными реестрами возможность создания программируемых действий, то есть транзакций, которые могут выполняться (а затем отслеживаться и подтверждаться) без вмешательства человека. Потенциал этой возможности простирается далеко за пределы алгоритмического трейдинга или автоматических онлайновых переводов. Смарт-контракты в блокчейне могут передавать любые данные или объекты при выполнении любых указанных условий; это может быть страховой контракт, исполняющийся, когда количество осадков превышает определенный уровень, или автоматическая выплата гонораров участникам проекта за разную долю участия в нем. Важно, что сам код, от которого зависит исполнение смарт-контракта, хранится в блокчейне, и проверить его может кто угодно, когда угодно и без задержек.
Четвертый аспект – инклюзивность цифровых реестров. Транзакции в блокчейн по своей природе одновременно прозрачны, безопасны и отслеживаемы. При желании они могут также быть анонимными. Минимум, необходимый пользователю для совершения транзакции, включает лишь базовое ПО, место для хранения и подключение к Сети. Это значит, что отдельные люди и мелкие вкладчики, обычно неспособные выйти на рынок, становятся его полноправными участниками в качестве производителей, акционеров, бенефициаров или потребителей любых ресурсов, пригодных для отслеживания и продажи в цифровом виде{93}.
Благодаря этим характеристикам блокчейн предлагает миру беспрецедентные возможности для распределения вознаграждений за экономическую активность с гораздо меньшим риском их перехвата и без скрытых расходов, связанных с централизованными, монополистскими или рентоориентированными посредниками. Возможно, использование распределенных реестров позволит отдельным людям вернуть некоторую стоимость своих персональных данных или хотя бы обеспечит больше прозрачности и безопасности в мире, где данные о людях представляют собой важный актив и потенциальную угрозу.
Дикий Запад блокчейн
Примавера де Филиппи (Primavera De Filippi), профессор Беркмановского центра по изучению Интернета и общества (США), сравнивает блокчейн в его нынешнем состоянии с Интернетом в начале 1990-х, когда ни технологи, ни бизнесмены не имели никакого представления о потенциале, ценности или множестве вариантов его применения. Де Филиппи считает наиболее важной преобразующей ролью блокчейн борьбу с эксплуатацией и возможность способствовать формированию нового общественного договора, адаптированного для социумов и экономических систем, все больше пронизанных технологиями и зависимых от них.
Но несмотря на все преимущества и шумиху вокруг ценности криптовалют, блокчейн не является панацеей и не позволяет избежать определенных сложностей. Некоторые из этих сложностей можно продемонстрировать на примере биткоина – первой, наиболее известной и самой крупной криптовалюты на основе блокчейна. С распространением и ростом популярности биткоина растут и требования к Сети, что ведет к появлению разногласий между участниками относительно изменений ключевых аспектов распределенного реестра биткоина (таких как размер «блока») для повышения эффективности транзакций. Ввиду отсутствия какого-либо централизованного управления в цепочке блоков биткоина может возникнуть «вилка», если разные группы участников решат выбрать разные пути, соответствующие их интересам.
Создание распределенного реестра требует решения важных вопросов координации. Как отметил Белендорф, работающему распределенному реестру все равно нужна минимальная группа участников, считающих, что их интересам лучше всего служит именно блокчейн, а не любая альтернатива, включая полное отсутствие транзакций{94}. Это значит, что необходимо достичь соглашения по широкому ряду технических вопросов и выделить ресурсы для перехода на новую технологию и новый способ работы.
По словам Брайана Белендорфа (Brian Behlendorf), исполнительного директора Hyperledger Project, распределенные реестры могут быть особенно полезны в следующих случаях:
• Существует спрос или нереализованный потенциал для выполнения транзакции между двумя и более участниками.
• Выполнение этих транзакций невозможно или неэффективно, например, по следующим причинам:
• Большое число участников разного типа не может прийти к соглашению насчет доверенной третьей стороны, которая будет действовать эффективным централизованным посредником для обмена.
• В результате монополизации, рентоориентированности, коррупции, отсутствия прозрачности или институциональной неэффективности высоки расходы на выполнение транзакции и/или система не может гарантировать определенности результата.
• Отдельные люди или группы не могут воспользоваться существующей платформой из-за высокой стоимости участия.
• Предмет транзакции можно легко подделать или дублировать, из-за чего участники не доверяют друг другу.
Создать на основе блокчейна работоспособную систему для конкретного применения не так просто. Прежде чем организации или отдельные люди смогут выполнять транзакции, записывающиеся в распределенный реестр, потенциальные участники должны прийти к соглашению по ряду вопросов, включая следующие (но не ограничиваясь ими):
• Параметры ценности: какой будет единица измерения ценности, представленная в реестре?
• Техническая архитектура: будет ли это частный блокчейн на основе общедоступного? Какими способами реестр будет надежно подтверждать транзакции? Каким образом и как часто будут генерироваться новые маркеры ценности?
• Как участники будут проверять «исходные состояния» цепочки блоков?
• Если цифровые транзакции связаны с материальными объектами, как эти материальные объекты надежно идентифицировать, пометить и связать с цифровыми маркерами?
Проблема координации осложнится, когда распределенные реестры будут широко распространены. Для блокчейна была бы желательна возможность использования в разнородных сетях, чтобы можно было связывать криптовалюту со схемами углеродного кредитования или реестрами лесохозяйственных подрядчиков. Но для этого требуются стандарты, регламентирующие различные сферы применения, а таких стандартов пока нет.
Использование распределенных реестров может оказывать влияние и на окружающую среду. Наиболее распространенный способ обеспечения подлинности распределенного реестра – модель «подтверждение выполнения работы» (proof-of-work), в которой участники конкурируют, затрачивая значительные вычислительные мощности, а значит, и электроэнергию, чтобы надежно подтвердить выполнение транзакции в обмен на возможную награду. В соответствии с этой моделью, используемой для таких криптовалют, как биткоин и Ethereum[12], увеличение числа транзакций ведет к увеличению расхода электроэнергии, необходимой для подтверждения этих транзакций, и усилению влияния на окружающую среду. Это еще один пример не таких уж и скрытых издержек технологий Четвертой промышленной революции{95}.
Следует также принимать во внимание тот факт, что безопасные анонимные программируемые сети могут облегчить криминальную деятельность. Те же протоколы, которые позволяют смарт-контрактам защищать интересы людей посредством шифрования, могут помогать и в незаконных делах, включая торговлю наркотиками и людьми, мошенничество и многое другое{96}. Еще одна проблема – доступность самой технологии. Хотя биткоин-«кошельки» становятся все проще в использовании, широкие массы людей и организаций не видят достаточных стимулов, чтобы согласиться нести расходы, необходимые для перехода к использованию платформ на основе блокчейна. Другое препятствие – отсутствие развитых платформ и интуитивно понятных приложений, хотя до их появления осталось недолго.
Карстен Стекер (Carsten Stöcker), руководитель группы по вопросам блокчейна компании Innogy, Германия, и Бурхард Блехшмидт (Burkhard Blechschmidt), руководитель консалтингового отдела компании Cognizant, Германия
Обычно доверие к продуктам или транзакциям возникает в процессе их прохождения по производственным цепочкам поставок. Физические или электронные записи позволяют проследить происхождение, назначение, количество и историю каждого объекта. Процессы производства, отслеживания и проверки всей этой информации создают весомый «налог на доверие», требуя затрат времени и усилий сотрудников банков, бухгалтеров, юристов, аудиторов и инспекторов качества. Важная информация может теряться, становиться недоступной или даже намеренно скрываться.
По мере того как Четвертая промышленная революция все больше стирает границу между материальным и цифровым мирами, технология блокчейн позволяет создавать «цифровую память», сопровождающую материальные объекты по всей цепочке поставок. Если добавить криптографически безопасную функцию маркировки, блокчейн позволяет создавать по-настоящему уникальные идентификаторы и неизменяемые записи, облегчая и удешевляя выполнение верифицируемых транзакций между поставщиками и потребителями.
Поделиться книгой: