Днес е : Събота, 24 Август 2019

Три ключови технологии, които могат радикално да променят света

Публикация 03 Mar, 2019 / akcent.bg

    В началото на 20-ти век електричеството и двигателят с вътрешно горене напълно промениха градовете и домовете, както и начина, по който живеем, работим, проникнали са почти във всички аспекти на ежедневието.

   Днес сме на подобен етап на развитие, с изключение на факта, че можем да отделим три ключови технологии, които могат радикално да променят света: редактиране на гени, нова архитектура на изчисленията и материалознанието.

   Тези технологии могат да бъдат толкова трансформиращи както електричеството и двигателите с вътрешно горене, които бележат началото на 50-годишен бум на производителността.

   CRISPR е нова технология за редактиране на геноми на висши организми, базирана на имунната система на бактериите. Тази система се основава на специфични участъци от бактериална ДНК, кратки палиндромни повтарящи се повторения или CRISPR (Клъстерирани редовно интерподирани къси палиндромни повторения). Между идентични повторения се различават един от друг ДНК фрагменти - спейсери, много от които съответстват на части от геномите на вируси, които паразитират върху тази бактерия. Когато вирусът навлезе в бактериална клетка, той се открива с помощта на специализиран Cas протеин, асоцииран с CRISPR RNA.

   Ако фрагментът от вируса се "запише" в спейсър на CRISPR RNA, Cas-протеините отрязват вирусната ДНК и го унищожават, като защитават клетката от инфекция. В началото на 2013 г. няколко групи учени показаха, че CRISPR / Cas системите могат да работят не само в бактериални клетки, но и в клетки от по-висши организми, което означава, че CRISPR/Cas системите позволяват да се коригират неправилните генни последователности и така да се лекуват наследствени заболявания. човек.

   Изследователи от Университета на Уисконсин - Мадисън и техните колеги от Калифорнийския университет в Сан Франциско са използвали инструмент за редактиране на гени, за да проучат кои гени засягат специфични антибиотици. Те планират да разберат по-добре съществуващите антибиотици или да разработят нови. Резистентността на патогените към съществуващите антибиотици е нарастващ проблем, който се оценява като заплаха за милиони животи. Техниката, наречена Mobile-CRISPRi, позволява на учените да изследват антибиотичната функция в широк спектър от патогенни бактерии.

   През последните няколко десетилетия станахме свидетели на дигитална революция, която до голяма степен се дължи на закона на американския физик и химик Гордън Мур, формулиран преди 50 години. Той гласи, че броят на транзисторите, поставени на чип в интегрална схема, се удвоява на всеки 24 месеца. По-късно се появи друго правило, който вече говори за 18 месеца.</p> <p>Това се дължи не на Мур, а на Дейвид Хаус от Intel. Според него производителността на процесора трябва да се удвоява на всеки 18 месеца поради едновременното нарастване на броя на транзисторите и скоростта на всеки от тях.&nbsp;<

   През 2007 г. Гордън Мур заяви, че в рамките на 10-15 години по-нататъшният процес на миниатюрни транзистори ще срещне фундаменталните закони на физиката. Той се позова на мнението на известния британски физик-теоретик Стивън Хокинг, който смята, че скоростта на светлината и атомната структура на материята са фундаментални граници на развитието на микроелектрониката. По този начин, определянето на нов начин за подобряване на изчислителната производителност отдавна е основната област на изследване.&nbsp;</p> <p>Квантовите изчислителни системи се считат за една от най-обещаващите технологии в момента. Предполага се, че те ще се превърнат в основа за пълноценен изкуствен интелект, ще могат да опростят космическите и военните системи, да моделират нови материали и лекарства. Също така е възможно в бъдеще квантовите системи да могат да подобряват проектите за игра във виртуална реалност, като симулират всякакви физични закони в измислените светове.

    В широк смисъл, квантовия компютър е изчислително устройство, което използва явленията на квантовата механика за предаване и обработка на данни.&nbsp;</p> <p>Основната му разлика от обикновения компютър е методът за предоставяне на информация. В класическото изчислително устройство обработката на информация се постига чрез двоичен код, който има две основни състояния: нула и една. И това може да бъде само в определено конкретно състояние.&nbsp;</p> <p>Работата на квантовия компютър се основава на концепцията за суперпозиция, а вместо обичайните битове се използват кубити. Благодарение на суперпозицията, един кубит може да има стойностите, получени чрез комбиниране на нула и едно, така че да може да има тези две състояния едновременно. Поради това, квантовите компютри са потенциално способни да демонстрират много по-висока производителност в компютрите. Важен етап за квантовите технологии е постигането на така нареченото квантово превъзходство - способността да се извършват изчисления по-бързо от класическите системи.

   Първите квантови компютри вече започват да се произвеждат. Така IBM в началото на годината представи Q System One - компактен модулен квантов компютър, който представителите на компанията нарекоха "първата в света интегрирана универсална квантова компютърна система, предназначена за научни и търговски приложения". Да си купете такъв компютър засега е невъзможно. Учените и компаниите ще могат да го наемат в квантов компютърен център, който IBM скоро ще отвори в Покипси (Ню Йорк, САЩ). В бъдеще ще бъде на разположение и за продажба.

   IBM Q предлага 20-кубитови компютри, използвайки класически компютърни компоненти и квантови решения. Компютърът е доста масивен - това е запечатан кубичен корпус с ръб от 2,75 м, направен от бор-силикатно стъкло с дебелина 1,27 см. Освен квантовия процесор в Q System One има и различни контролни модули и охладителна система.

   За да създадем ново бъдеще, използвайки например чиста енергия, ние се нуждаем от по-ефективни слънчеви панели, вятърни турбини и батерии. Производителите се нуждаят от нови материали, за да създадат по-добри продукти. Също така трябва да заменим доставките, които са предмет на прекъсвания, като например намирането и добива на редки земни елементи.&nbsp;</p> <p>Традиционно разработването на нови материали е бавен и труден процес. За да изследват свойствата на материалите, учените често трябва да тестват стотици или дори хиляди образци. Това направи проучването на материалите твърде скъпо за повечето индустрии.

   Въпреки това днес науката за материалите заема много важно място в йерархията на знанието - особено интердисциплинарната секция, която изучава промените в свойствата на материалите както в твърди, така и в течни състояния в зависимост от определени фактори. Изследваните свойства са: структура на веществата, електронни, термични, химически, магнитни, оптични свойства на тези вещества.

   Науката за материалите използва различни методи за изследване на тяхната качества. При производството на високотехнологични продукти в промишлеността, особено при работа с микро и наноразмерни обекти, е необходимо да се познават подробно характеристиките, свойствата и структурата на материалите.

   Днес се използват нови методи за моделиране в комбинация с повишена изчислителна мощ и машинно обработка, което позволява на изследователите да автоматизират по-голямата част от процеса за намиране на необходимите свойства, което значително ускорява разработването на нови материали.

Коментари

Свързани новини

Реклама

Реклама