Китайские высокие технологии: 10 тенденций на ближайшие 10 лет

05.01.2022
49
0
0.0
Крупные прорывы в решении научных, инженерных и промышленных задач являются движущей силой устойчивого развития человеческого общества. Мир переживает изменения, которые происходят раз в столетие, и человечество страдает от стихийных бедствий, таких как наводнения, засухи и ураганы, а также от глобальных проблем, таких как нарушение торговли в условиях антиглобализации, трудности с трудоустройством и старение населения. Только непрерывный поток научно-технических инноваций может дать надежду и направление для дальнейшего выживания и развития человечества.

Основываясь на научно-технических прорывах, сделанных Китаем в 2021 году, мы можем проследить основные тенденции развития китайской науки и техники в следующем десятилетии.

1. Симулятор Земли для прогнозирования будущих кризисов

История Земли насчитывает 4,6 миллиарда лет, в то время как человечество имеет лишь короткую историю - около 50 миллионов лет. Ученые изучают возможность использования "цифрового двойника" Земли для моделирования прошлого и настоящего планеты с целью прогнозирования будущих путей развития мира природы и человеческих цивилизаций.

В июне прошлого года Институт физики атмосферы при Китайской академии наук (CAS) представил первый в Китае подобный научный проект под названием Earth System Science Numerical Simulator Facility, или "EarthLab".

Он может моделировать физическую, химическую и биологическую эволюцию атмосферы, гидросферы, криосферы, литосферы и биосферы Земли с помощью технологий, включая высокопроизводительные вычисления, высокоточное моделирование окружающей среды и большие данные, чтобы обеспечить научную поддержку таких проблем, как предотвращение и смягчение последствий стихийных бедствий и борьба с изменением климата.

Страны, включая США и Японию, уже построили подобные симуляторы Земли, и "EarthLab" сопоставим с инициативой Европейского союза "Destination Earth". Проект все еще находится на ранней стадии разработки, и на его модернизацию уйдет более десяти лет. 

2. 3D-печать переосмыслит производство

В целях промышленного развития Китая на ближайшие три-пять лет аддитивное производство, также известное как 3D-печать, является ключевой технологией в стратегии развития высококлассных станков с числовым программным управлением (ЧПУ) и роботов.

Ракета Long March-5B, запущенная в мае 2020 года, оснащена 3D-принтером и впервые осуществила 3D-печать композитных деталей, армированных волокном, в космосе. В 2021 году Китайская корпорация аэрокосмической науки и промышленности успешно напечатала авиационные изделия со сложной структурой, что позволило значительно снизить вес самолетов.

В обозримом будущем технология 3D-печати будет использоваться для производства самых разных изделий, от таких маленьких, как искусственные зубы, до таких больших, как межзвездные ракеты, и перестроит всю производственную индустрию для достижения максимальной экономичности и эффективности производства. 

3. Сети космического зондирования, позволяющие заглянуть вглубь Вселенной

Развитие космического туризма сопровождается ростом сетей космического зондирования.

Например, китайский сферический радиотелескоп с пятисотметровой апертурой (FAST), прозванный "Оком неба", обнаружил сотни пульсаров от нашей Солнечной системы до края галактики, заложив экспериментальную основу для создания в будущем "межзвездных часов" (системы синхронизации пульсаров) и "межзвездной навигации" (системы навигации пульсаров). FAST также способен обнаружить гравитационные волны и коммуникационные сигналы от внеземных цивилизаций (если они существуют).

Китайский FAST открыт для ученых всего мира с апреля 2021 года. Он генерирует 15 петабайт больших данных (со скоростью 2 гигабайта в секунду) каждый год. Искусственному интеллекту (ИИ) требуется всего три дня, чтобы обработать данные за целый год для автоматического определения пульсаров со значительно большей эффективностью и гораздо большей точностью.

В ближайшие десятилетия Китай и другие страны мира построят еще больше "глаз", чтобы заглянуть в глубокий космос, и запустят еще больше космических зондов, чтобы создать сети зондирования по всей Вселенной. С помощью огромных данных, собранных сетями зондирования, ученые смогут даже создать "цифрового двойника Солнечной системы" и "цифрового двойника галактики", что позволит больше узнать о реальной Вселенной. 

4. Фотонные чипы обеспечат "превосходство квантовых вычислений

В 2019 году фотонные чипы были использованы в китайском прототипе фотонного квантового компьютера "Цзючжан". Jiuzhang (с 76 обнаруженными фотонами) может обрабатывать определенные задачи в 100 триллионов раз быстрее, чем самый мощный в мире суперкомпьютер. Обновленная версия "Цзючжан 2.0" (с 113 обнаруженными фотонами), представленная в 2021 году, в 100 раз быстрее "Цзючжан" и является программируемой.

В декабре 2021 года Китай представил фотонный чип второго поколения, который отличается сверхнизкой задержкой, высокой пропускной способностью и высокой энергоэффективностью.

Между тем, в октябре 2021 года Китай успешно разработал 66-кубитный программируемый сверхпроводящий квантовый компьютер прототип "Zuchongzhi 2.0", который достиг двумерной программируемой квантовой прогулки (вместо случайной прогулки).

В течение следующего десятилетия фотонные чипы будут постепенно применяться в таких областях, как автономное вождение, AR-очки, количественная торговля, суперкомпьютерные центры обработки данных ИИ и роботы.
Технология квантовых вычислений быстро развивается в таких областях, как квантовые коммуникации, квантовые спутники и обработка больших данных, причем в настоящее время разрабатываются различные квантовые отрасли.

5. ИИ произведет революцию в научных исследованиях

В научных исследованиях часто именно последний ключ на кольце открывает дверь. ИИ с огромной вычислительной мощностью может помочь исследователям проверить все возможные ключи, прежде чем будет сделан настоящий прорыв.

Традиционные исследования в значительной степени зависят от ручного труда, сопряжены с высокой неопределенностью и обычно занимают много времени. "Инфраструктура ИИ" (центр обработки данных ИИ + исследовательская платформа) может решить эти проблемы, проводя фундаментальные исследования в таких областях, как новая энергия, новые продукты питания, новые материалы и новые лекарства, и освобождая ценные кадры исследователей от утомительной работы по повторным экспериментам.

Например, китайская компания Sensetime использует ИИ для сбора данных о взаимодействии белков, реакции на лекарства от рака и прогнозирования мутации генов на основе патологического изображения.
Новый центр обработки данных ИИ, построенный в Шанхае, является крупнейшей вычислительной платформой ИИ в Азии с вычислительной мощностью 3 740 петафлопс.

ИИ революционизирует исследования и разработки в различных областях и будет способствовать целому ряду новых технологических прорывов, включая автоматическое вождение автомобиля, новые лекарства для увеличения продолжительности жизни, искусственное мясо для питания людей и энергию управляемого ядерного синтеза для обеспечения межзвездных путешествий.

6. AR-очки и "эра вездесущих экранов

В ближайшие пять лет мобильные телефоны перестанут быть необходимостью для людей, поскольку мы вступим в "эру вездесущих экранов" с очками дополненной реальности (AR), в которой экраны будут повсюду и все сможет взаимодействовать друг с другом. В метавселенной, в которую мы попадем с помощью очков AR, появятся приложения нового поколения, такие как сканирование пространства и поисковые системы, цифровые фабрики-близнецы, больницы и сообщества, а также цифровые помощники человека.

7. Искусственное солнце" обещает решить энергетический кризис

В течение 200 лет мировые запасы нефти и природного газа будут исчерпаны. Выбросы углерода от ископаемых источников энергии уже стали причиной частых экстремальных погодных катаклизмов по всему миру. Поэтому страны инвестируют огромные средства в экологически чистые источники энергии, такие как ветроэнергетика, фотовольтаика, атомная и гидроэнергетика.

Почти все виды энергии, существующие на Земле, происходят от солнца, и ученые разрабатывают "искусственные солнца" (реакторы управляемого ядерного синтеза) в качестве окончательного энергетического решения. Устройство, предназначенное для осуществления реакций управляемого ядерного синтеза, называется Tokamac, в котором используется мощное магнитное поле для удержания горячей плазмы в форме тора.

Китайский экспериментальный сверхпроводящий токамак (EAST) в Хэфэе, столице восточной китайской провинции Аньхой, только что установил новый мировой рекорд, проработав при температуре 70 миллионов градусов Цельсия целых 1056 секунд (более 17 минут), заложив "прочную научную и экспериментальную основу для запуска термоядерного реактора", по словам ученого, руководящего экспериментом.

В будущем энергия ядерного синтеза также станет источником энергии для дальних космических путешествий человечества.

8. От углекислого газа к искусственной пище

Данные Всемирной продовольственной программы ООН показали, что в 2020 году 2,37 миллиарда человек во всем мире не имели достаточно пищи.

В сентябре 2021 года китайские ученые первыми в мире разработали искусственный метод синтеза крахмала из углекислого газа (CO2).

Новый подход, разработанный Тяньцзиньским институтом промышленной биотехнологии CAS, позволяет изменить производство крахмала с традиционного сельскохозяйственного выращивания на промышленное производство, что открывает новую возможность изготовления искусственной пищи в будущем.

Теоретически, при условии достаточного энергоснабжения, исходя из текущих технических параметров, годовая производительность крахмала в биореакторе объемом 1 кубический метр равна годовому урожаю крахмала с одной трети гектара кукурузы, сообщает команда.

Если в будущем общую стоимость системы удастся снизить до уровня, экономически сопоставимого с сельскохозяйственными посадками, ожидается, что она позволит сэкономить более 90 процентов пахотных земель и пресной воды, считают исследователи.

Кроме того, новый подход поможет достичь углеродного нейтралитета и бороться с глобальным потеплением. 

9. Новые энергетические транспортные средства и экологичное производство водорода

Транспортная отрасль является третьим по величине источником выбросов парниковых газов в мире, и переход транспортных средств на новые виды энергии жизненно важен для достижения цели углеродной нейтральности.
В ближайшем будущем не только автомобили, но и корабли и самолеты будут заправляться различными новыми видами энергии, такими как электричество, водород и природный газ. Среди них водородный топливный элемент обладает такими преимуществами, как большой запас хода и короткое время заправки.

В сентябре 2021 года система производства водорода мощностью в мегаватт с использованием технологии электролиза воды на основе протонообменной мембраны (ПЭМ), разработанная Даляньским институтом химической физики при CAS, заработала на полную мощность, заложив техническую основу для широкомасштабного использования экологически чистой водородной энергии.

В будущем появится больше автомобилей, кораблей и самолетов на водородном топливе, которые станут важным дополнением для электрических транспортных средств.

10. Повсеместные вычисления

После более чем десятилетнего развития высоких технологий роботы, оснащенные чипами в качестве "мозга", датчиками в качестве "глаз" и "носов", роботизированными руками и алгоритмами с правильной этикой, могут взять на себя работу в физическом мире, а умы людей могут свободно путешествовать в метавселенной.

В целом, Китай в следующем десятилетии станет глобальным центром науки и технологий, горячей точкой для талантов и экспортером высоких технологий.


 
Аватар ludmilaandrush Людмила Мамаева / ludmilaandrush
Журналист/Midgardinfo



Комментарии (0)
avatar