Информационные системы и технологии будущего

Пути решения проблем

Итак, как ни странно, основные проблемы научно-технического прогресса в информационном обществе (обществе знания, интеллектуальном обществе) – это не проблемы аппаратно-программных средств, искусственного интеллекта, информационных систем и технологий, а проблемы человеческой духовности или, если их объединить в одну проблему, то это проблема личности.

Каковы же пути решения проблемы личности? Пути эти сложные, многоплановые и начинаются они с раннего детства – с воспитания в семье. Но, как известно, воспитатель сам должен быть воспитан. Где же нам набрать столько воспитанных родителей, чтобы они воспитывали своих детей духовно полноценными личностями, готовыми жить в информационном обществе? Вот и получается, что средняя школа устраняет недостатки дошкольного воспитания и попутно привносит свои недоработки, а высшая школа устраняет совокупные недостатки семейного воспитания и средней школы и привносит свои недоработки. Такими замысловатыми путями приходится решать, казалось бы, не слишком замысловатую проблему. Но это только кажется – если проблема личности такая простая, почему же с глубокой древности и до наших дней она так и не решена, а хорошо известные пути ее решения так и не пройдены?!

Если мы останемся дремуче бездуховными, если мы будем вскармливать свою бездуховность в угоду сиюминутным материальным, экономическим потребностям, мы никогда не войдем в информационное общество, мы никогда не воспользуемся его благами.

Какие же блага в обозримом будущем нам могут предоставить информационные системы и технологии? И какая "плата" за эти блага? – ведь мы знаем, где бывает "бесплатный сыр". Сведем "за" и "против" в таблицу

Таблица 1. Противоречия информатизации
Блага ("за")	Плата ("против")
Культура и общество
Свободное развитие личности. Глобальное информационное общество.Преодоление кризиса цивилизации.Расцвет искусств.	"Автоматизация" человека. Дегуманизация жизни. Технократическое мышление. Снижение общекультурного уровня. Информационная лавина ("потоп"). Поляризация общества. Изоляция и самоизоляция человека.
Политика
Расширение свобод (демократизация). Децентрализация власти. Усиление роли общественных организаций и общественного мнения. Консолидация народа.	Ущемление свобод (информационный контроль, тоталитаризм). Централизация власти, усиление бюро-кратии, владеющей информационным ресурсом общества. Манипуляция общественным мнением средствами мультимедиа и масс-медиа.
Хозяйство и труд
Рост продуктивности труда. Рационализация труда за счет роста компетентности работников, экономии ресурсов и внедрения энергосберегающих технологий, улучшения качества продукции, внедрения инноваций, диверсификации народного хозяйства. Появление новых профессий. Работа на дому. Рост народного богатства и материального благосостояния людей. Предупреждение финансово-экономических кризисов.	Усложнение жизни. Концентрация богатства в руках финансово-экономической элиты. Стандартизация жизни. Рост безработицы. Дегуманизация труда. Новые требования к мобильности и квалификации работников. Исчезновение многих профессий, переквалификация, деквалификация. Стрессы. Учащение кризисных ситуаций в народном хозяйстве.

Примечание.

Данная таблица составлена по материалам западноевропейских и отечественных футурологов (К. Хессиг, А.И. Ракитов).

Табл. 1 полна противоречий – это естественно, ибо научно-технический прогресс, рассчитанный на Добро, может быть использован и во Зло человечеству, чему слишком много примеров в истории развития науки и техники.

В каких же направлениях следует ожидать развития информационных систем и технологий? Именно "направлениях", а не "направлении", т.к. этих направлений несколько и какие из них превратят опытные образцы техники и программ в рыночные продукты, предсказать затруднительно.

Правда, есть направления, на которых уже созданы серийно выпускаемые продукты, перспективные в ближайшем будущем. Один из таких продуктов – сетевой компьютер как интеллектуальный терминал корпоративных сетей. Его привлекательность – в дешевизне и простоте, что важно для обычного "юзера". Архитектура сетевого компьютера закрытая, наращивать ее с помощью upgrade-технологий возбраняется. Сетевой компьютер содержит монитор, клавиатуру, оперативную память и небольшую внешнюю (долговременную) память для хранения используемых программ. Полное программное обеспечение хранится на сетевом сервере и поставляется на сетевые компьютеры лишь в необходимом (для решения текущих задач) объеме. Дисководов, USB-портов нет, а значит, нет и проблемы инфицирования компьютерными вирусами через съемные носители. А сервер надежно защищает корпоративную сеть от вирусов, "троянских коней" и спама, циркулирующих в плохо контролируемой глобальной Сети.

Сетевой компьютер по стоимости не дороже мобильного телефона и предназначен для узкоспециализированных функций: банковских и кассовых операций, делопроизводства, обучения и других централизованно предписываемых и контролируемых задач. Серверы в такой сети работают подобно АТС в телефонной сети, а сетевые компьютеры – подобно телефонным абонентам. Со временем сетевой компьютер может изменить свое название – "сервисный", "тонкий", "функциональный", "операционный", "корпоративный" и др. Но суть его от этого не изменится.

Другой перспективный "серийный продукт" – операционная система Linux (автор Л. Торвалдс, Финляндия). ОС Linux относится к классу т.н. серверных ОС (типа UNIX). Ее особенности – "открытый код" (доступность), "безлицензионность" (лицензия не требуется), относительная дешевизна (гораздо дешевле UNIX и Windows). Linux завоевывает популярность не только как серверная ОС, но и как операционная система для автономных ПК, бытовых и промышленных встроенных информационных систем.

В литературе и Интернете много данных (в том числе, спекулятивно-сенсационного характера) о нейрокомпьютерах, биокомпьютерах, молекулярных и квантовых компьютерах, применениях голографии в информационных системах и др. Авторы этих публикаций утверждают, что в недалеком будущем данные устройства и технологии займут свои ниши в развитии информационных систем и технологий. Будем надеяться. Но сначала разберемся, что же из себя представляет эта "экзотика" компьютерного мира?

Нейрокомпьютер – это на самом деле электронный компьютер (ЭВМ), имитирующий нейронную сеть человека. Основная особенность нейрокомпьютеров, отличающая их от ЭВМ, - это сам способ решения задач. Если для решения задач в обычных ЭВМ используются программы, то в нейрокомпьютерах решение задачи достигается путем перенастройки сети за счет адаптивных формальных нейронов и специальных процедур самоорганизации сети. В этом нейрокомпьютеры близки к т.н. аналоговым вычислительным машинам. Подобно последним, нейрокомпьютеры обладают огромным быстродействием, недоступным для обычных цифровых ЭВМ. Внедрению нейрокомпьютеров препятствует отсутствие научно обоснованной теории программирования процессов самоорганизации нейронных сетей.

Известны также попытки создать нейрокомпьютер на базе биологической нейронной сети, состоящей из взаимосвязанных живых нейронов, а не их электронных моделей – формальных нейронов, или в виде гибридов живых и формальных нейронов. Живой нейрон отличается от формального нейрона тем, что первый имеет аналогово-дискретную природу, в то время как второй только дискретен. За счет этого различия изобретатели нейрокомпьютера с биологической основой ожидают получить выигрыш в качестве решения задач по сравнению с электронными нейрокомпьютерами.

Био- и молекулярных компьютеры – это своеобразные гибриды информационных, молекулярных и биохимических технологий. Так, на базе молекул ДНК, РНК и ферментов был создан ДНК-компьютер (Э. Шапиро, 2001г.). Молекулы фермента выполняли в этом биокомпьютере роль аппаратного обеспечения, а молекулы ДНК – программного обеспечения. При этом в одной пробирке помещалось около триллиона элементарных вычислительных модулей. В результате скорость вычислений достигала миллиарда операций в секунду, а точность вычислений – 99,8% за счет того что все молекулы ДНК решали единственную задачу параллельно, а не последовательно. Такой компьютер мог решать только самые простые задачи с двумя типами ответов: "истина" и "ложь".

Известны ДНК-компьютеры гибридного типа – молекулярно-электронные. В них между ДНК-молекулами осуществляются специфические химические реакции, обеспечивающие вычисления, а электроника обрабатывает результаты вычислений. Предполагаемая область применения ДНК-компьютеров – медицина, фармацевтика, генная инженерия.

Как известно, в компьютерах (ЭВМ) используется двоичный код. Для изобретателей ДНК-компьютеров биологическим аналогом двоичного кода стало свойство комплементарности (двоичной взаимодополнительности) молекул ДНК, РНК и принципов их взаимодействия при белковом синтезе. Комплементарны, например, простота и сложность, лед и пламень, плюс и минус, истина и ложь, мужское и женское начала, кислота и щелочь и т.д. В молекуле ДНК комплементарны нуклеотиды в двух спиралях, которые характерны для структуры этой молекулы.

Свойство комплементарности лежит в основе многих внутриклеточных процессов в биологии. Это навело на мысль создать т.н. клеточный компьютер. Для клеточного компьютера используются бактерии (микроорганизмы), в геном которых внедряется некая "логическая схема", активизирующаяся в присутствии определенного вещества. Например, для выполнения логической операции "И" в клетку бактерии вводятся два вещества (по сути – входные операнды), под влиянием которых внутриклеточный ген вырабатывает определенный белок. На базе мутированных клеток можно создать и более сложные логические элементы, арифметические "процессоры", а также выполнять параллельные вычисления и т.д.

Биокомпьютеры (ДНК- и клеточные компьютеры) позволяют хранить данные с плотностью, в триллионы раз превышающей плотность хранения данных на оптических дисках, и отличаются чрезвычайно низким энергопотреблением. Они дешевы в производстве, т.к. им не нужна столь стерильная атмосфера, как при производстве полупроводниковых чипов. Это, так сказать, "позитив" биокомпьютеров. "Негатив": считывание результатов вычислений затруднительно, они просто могут потеряться, ибо молекулы с течением времени могут распадаться, прилипать к стенкам сосудов, изменять свою структуру; кроме того, биокомпьютеры имеют ограниченную область применения. Но эта область включает и наше здоровье – неизмеримую человеческую ценность. Так почему бы не быть биокомпьютеру, молекулярному компьютеру?! Остается надеяться на успех в их разработке и внедрении.

Квантовый компьютер создать непросто. Его основные элементы – атомы, фотоны или специально созданные микроструктуры, хранящие данные в т.н. кубитах (квантовых битах). Кубиты должны удовлетворять двум противоречивым требованиям. С одной стороны, они должны быть достаточно изолированы от любых внешних воздействий, которые могут нарушить вычислительный процесс, а с другой – иметь возможность взаимодействовать с другими кубитами в квантовых регистрах. Кроме того, необходимо иметь возможность измерить окончательное состояние кубитов и отразить результаты вычислений. А это не так просто. В качестве одного кубита может использоваться (аппаратно), например, один ион – атом, лишенный части электронов, или любая микрочастица (элементарная частица).

Согласно принципам квантовой механики, подтвержденным экспериментально, ионизированный атом или микрочастица могут одновременно находиться в нескольких местах или нескольких возбужденных состояниях. Такой квантовый феномен называется суперпозицией (наложением) квантовых состояний и напоминает музыкальный аккорд.

Попытка измерить положение частицы, находящейся в состоянии суперпозиции, приведет к квантовому коллапсу, при котором частица случайным образом перейдет в единственное состояние с вероятностью, зависящей от вклада каждого состояния в суперпозицию. В этом и заключается основное различие между квантовым компьютером и обычным. Если считать, что речь идет всего о двух базовых состояниях (0,1), то в обычном компьютере бит может принимать одно из двух значений 0 или 1 порознь, а в квантовом компьютере кубит находится в состояниях 0 и 1 одновременно. Но базовые состояния кубита – бесконечно малая часть его совокупного множества состояний. Это создает предпосылки для истинно параллельных вычислений в квантовых компьютерах (курсы квантовых вычислений уже преподаются во многих университетах мира). Поэтому квантовый компьютер (если он будет реализован!) сможет обладать огромным быстродействием и огромной памятью, что позволит использовать его для решения задач, считающихся сейчас слишком сложными или невыполнимыми даже для современных суперкомпьютеров, например, для обработки информации объемом в петабайты (1 Пб = 1024 терабайта) и эксабайты (1 Эб = 1024 Пб) на выходе адронного коллайдера и ему подобных устройств и систем.

Заметим, что микроминиатюризация в электронике не беспредельна. Микроминиатюризация достигла наноуровня (10^{-9 м), меньше которого начинают проявляться внутриатомные и квантовые эффекты. Так, радиусы электронных орбит, отнесенные к центру масс атомов, имеют порядок 10-10}-10^{-11 м. Поэтому переход от нанотехнологий к пикотехнологиям (10-12 м) вряд ли возможен в рамках традиционной микроэлектроники. Параллельная обработка временно может дать эффект, но аппаратные ограничения в конце концов потребуют новых решений. В частности, потребуются квантовые компьютеры, а вместе с ними "квантовое мышление", квантовые алгоритмы. Вместо традиционных компьютерных инженеров, программистов и математиков-прикладников потребуются квантовые физики, специалисты по вычислительной химии, квантовому программированию.}

Мы рассмотрели несколько новшеств в области информационных систем и технологий. Но на самом деле их гораздо больше, как в компьютерной сфере, так и в робототехнике. Оптоэлектроника, искусственные зрение, осязание и обоняние, голографическое кодирование информации, гибридные интеллектуальные системы, гибкие и безлюдные производства, сетевые сообщества, искусственный (виртуальный) субъект, "умная пыль" и др. новшества в той или иной мере уже освоены и используются, правда, в ограниченном объеме (пока!). Мы уверены, что пройдет не так уж много времени, и нынешние поколения людей будут осваивать новые информационные системы и технологии, во многом не похожие на современные.