Большой скачок Китая в будущее: 5 причин, по которым Поднебесная обгоняет Запад в науке и технологиях

Много воды утекло с тех времен, когда Китай считался «фабрикой мира» — страной, которая ничего не изобретает и только собирает товары по чужим чертежам. Сейчас эта страна — один из мировых лидеров в области науки и технологий.

В 2020 году, пока весь мир боролся с коронавирусом, правительство КНР потратило 378 млрд долларов на research and development (R&D) — прикладные научные исследования и испытания, нацеленные на разработку новых продуктов и сервисов. А в следующие пять лет эта сумма будет увеличиваться на 7% каждый год.

Сегодня каждая пятая опубликованная научная статья написана китайскими учеными, и в ближайшие пять лет правительство Поднебесной планирует тратить на «чистую» науку на 10% больше денег.

Китайская наука всё теснее переплетается с бизнесом: в 2019 году правительство заявило, что ученые теперь имеют право брать отпуск продолжительностью до шести лет для создания собственных стартапов. Ученые, которые пользуются этим предложением, продолжают получать зарплату и льготы, а их заслуги за этот период засчитываются в академической системе как научная деятельность.

Правительство Поднебесной создает максимально благоприятные условия для ученых и бизнесменов, если они работают в определенных сферах, которые руководство страны считает приоритетными. Так, больше всего внимания в 14-м пятилетнем плане Китай уделяет искусственному интеллекту, полупроводникам, квантовым компьютерам, нейронауке и генетике. Давайте разберемся, почему именно эти области имеют первостепенное значение, в каком состоянии они находятся сейчас и что сулит нацеленность Китая на их развитие.

Искусственный интеллект

Большой поток данных, распознавание лиц и взращивание ученых

Искусственный интеллект — ключевая технология нашего времени. В этой области сейчас есть два главных конкурента — Китай и США. Американские ИИ-специалисты бьют тревогу: если правительство и бизнесмены США не изменят стратегию, через пару лет они уступят лидерство Китаю — и это приведет к катастрофе (по крайней мере, для американского бизнеса).

Главное преимущество КНР в ИИ-гонке — это 1,4 млрд жителей, из которых 1 млрд активно пользуется интернетом. Люди производят данные, а данные — это топливо, необходимое для развития искусственного интеллекта. Кайфу Ли, один из ведущих экспертов в области ИИ, говорит:

«У Китая больше всего пользователей, и они производят невероятное количество данных, так как китайский быт пронизан цифровыми сервисами. Например, в Китае почти нет кредитных карт и наличных. Все пользуются мобильными платежами, то есть производят данные, на базе которых ИИ работает лучше».

Поднебесная уже сейчас обгоняет США и весь мир в такой сфере ИИ, как распознавание лиц.

Эта технология сильно зависит от количества собранных данных, и в Китае их собирают больше всего: там расположены девять из десяти самых «просматриваемых» городов и больше половины всех камер видеонаблюдения в мире.

Во многом лидерство китайских компаний в сфере систем распознавания лиц связано с тем, что законодательство КНР не мешает сбору и обработке визуальных данных, а даже поощряет их. В западных странах этим технологиям активно сопротивляются: в США против распознавания лиц с помощью ИИ выступают активисты, а в Европе — еще и правительство. С одной стороны, западный подход направлен на защиту прав граждан, с другой — ведет к технологическому отставанию, чем Китай успешно пользуется.

Технология распознавания лиц — это часть компьютерного зрения, обширной области ИИ, и ее применение не ограничивается одной лишь слежкой за гражданами: она используется, например, в медицине, беспилотных автомобилях и на заводах.

К тому же запрет на использование ИИ для распознавания лиц тормозит развитие такого масштабного проекта, как «Умный город». Пока гугловским умным городам показывают красный свет, в Китае уже строят 500 городов, где распознающие лица камеры стоят на каждом шагу и всем управляет ИИ.

Принято говорить, что искусственный интеллект угрожает людям потерей рабочих мест. В то же время без людей, которые создают ИИ и находят ему практическое применение, вся область будет стоять на месте. Так что человеческий ресурс — ученые и предприниматели — играют не менее важную роль, чем количество данных и государственное спонсирование.

В рейтинге топ-ученых в сфере ИИ подавляющее большинство мест в первой сотне занимают американские специалисты. Примечательно, что значительная часть ученых приехали в США уже во взрослом возрасте, например из университетов Европы. Из-за своих культурных особенностей Китай пока не так привлекателен для иностранных талантов, как США, поэтому Поднебесная делает ставку на выращивание «домашних» специалистов.

За последнее время китайские университеты создали сотни новых мест для ИИ-профессоров и открыли сотни тысяч заведений для обучения азам ИИ. Такая стратегия давно дает результат: еще в 2005 году Китай стал мировым лидером по количеству научных статей об ИИ, а в 2020-м уже обогнал США по цитируемости научных работ, посвященных этой теме.

Полупроводники

Микропроцессорный кризис и «домашнее» производство чипов

Никакая современная технология невозможна без компьютера, а компьютер невозможен без процессора (он же микрочип, он же полупроводник).

Чаще всего процессоры используют в компьютерах (34% от всех микрочипов) и смартфонах (14%), в машинах (8%) и в промышленности (8%). Уже сейчас процессоры есть в унитазах и светофорах, в холодильниках и банкоматах, в телевизорах и спутниках. В ближайшие годы нас ожидает революция интернета вещей — технологии, которая сделает реальностью умные дома и умные города, то есть компьютеризирует окружающую среду и вставит процессоры во все предметы нашего быта. Так что с каждым годом нужно будет всё больше процессоров.

В 2020-м из-за пандемии мир погрузился в микропроцессорный кризис. Работа стала удаленной, вырос спрос на компьютерную технику, и миру резко понадобилось больше процессоров. А так как их производство — глобальный процесс (большинство схем придумывают в США, собирают в Азии, а ресурсы для них добывают по всему миру), локдауны серьезно нарушили производственные цепочки и вызвали острую нехватку «компьютерных мозгов».

Первым из полупроводникового кризиса стал выходить Китай, поскольку он лучше других был к нему готов.

Пока другие страны тратили деньги на борьбу с коронавирусом, Поднебесная активно скупала микропроцессоры: каждый пятый доллар, потраченный Китаем на импортные продукты, шел на полупроводники — всего на них потратили 380 млрд долларов. В итоге многие страны стали испытывать дефицит чипов, а на складах китайских корпораций вроде Huawei их было с запасом.

Всё дело в том, что еще в 2018 году Дональд Трамп пригрозил запретом на продажу микрочипов некоторым китайским компаниям, и Поднебесная сполна осознала свою уязвимость.

Китай использует 60% всех микропроцессоров в мире (для товаров на внутренний рынок и на экспорт), однако производит только треть необходимых ему полупроводников: если лишить его внешних поставок, всё производство встанет.

Поэтому усиление производства микропроцессоров у КНР в приоритете: например, в 2020-м инвестиции в китайские полупроводниковые фирмы выросли в четыре раза по сравнению с предыдущим годом. А ближайшие годы вообще обещают стать ударными.

Заводы по производству процессоров — одни из самых сложных производственных структур, на их создание уходит много времени и денег. Чтобы завод заработал, его необходимо укомплектовать сложной и дорогой аппаратурой, нужны редкие материалы и высококлассные специалисты. До недавнего времени производством микрочипов занималась небольшая кучка компаний, монополизировавших рынок. Но на фоне резкой нехватки чипов рынок быстро демократизировался, заводы стали нужны всем, так что в 2021 году их строительством занялись не только специализированные корпорации вроде Intel и Qualcomm, но и такие техногиганты, как Apple, Google и Amazon.

В Китае собственные процессоры начинают делать известные по всему миру производители смартфонов и компьютеров Xiaomi, Huawei и Oppo. Главный китайский поисковик Baidu занялся производством чипов для умных автомобилей, Alibaba Джека Ма теперь выпускает чипы для ИИ и облачных вычислений, а ByteDance (владелец TikTok) — для своих серверов.

Коротко говоря, китайцы максимально серьезно относятся к микропроцессорам — своей ахиллесовой пяте, поэтому теперь бросили на их производство все силы. Так что вполне вероятно, что скоро Поднебесная вырвется в лидеры по производству микрочипов, и тогда США уже не сможет пугать их санкциями в этой сфере.

Квантовые вычисления

Квантовое превосходство и его применение на практике

Аналитики предсказывают скорую кончину закона Мура, согласно которому мощность процессоров увеличивается в два раза каждые два года. Этот условный закон работает уже более полувека и лежит в основе всего научно-технического прогресса. Но теперь мы приближаемся к физическим ограничениям материи, из-за которых скоро станет невозможно улучшать микрочипы дальше. И вот тут на помощь придут квантовые компьютеры: ученые обещают, что они будут в миллионы раз мощнее «обычных».

В конце 2019 года в Google заявили о достижении квантового превосходства: их квантовый процессор Sycamore за минуты справился с вычислениями, на которые у «обычного» суперкомпьютера ушло бы 10 000 лет. А в конце пандемийного 2020-го китайские ученые сообщили, что их фотонный квантовый компьютер Jiuzhang побил рекорд Google: за считанные минуты он справился с вычислениями, на которые третий в мире по мощности суперкомпьютер потратил бы два млрд лет.

На самом деле квантовое превосходство — это просто способ доказать, что квантовые компьютеры действительно могут сделать что-то намного быстрее, чем «обычные» (или даже что-то невозможное для «обычных»). Доказывать это надо потому, что, хотя квантовые компьютеры считаются одним из самых перспективных проектов в современной науке, они пока мало на что способны (и, кстати, квантовое превосходство Google и китайских ученых со временем могут опровергнуть «обычные» суперкомпьютеры).

Ученые придумали способ сделать квантовые компьютеры полезными еще в конце 1990-х годов, но с инженерной точки зрения это до сих пор невозможно. Чтобы квантовые компьютеры работали как следует и выдавали надежные результаты расчетов, их нужно полностью изолировать от окружающей среды (в том числе от температурных и электромагнитных воздействий) — а это пока физически неосуществимо. Поэтому их вычисления остаются «шумными»: окружающая среда влияет на точность результата. А чтобы получить точный ответ, ученые корректируют результаты квантовых вычислений другими вычислениями, тоже очень сложными. В целом процесс пока далек от совершенства.

Сегодня существует около двух десятков моделей квантовых компьютеров, и пока никто не знает, какие из них окажутся самыми эффективными. Например, Google продемонстрировал квантовое превосходство с помощью сверхпроводников, а китайские ученые — с помощью фотонов. И обе модели работают для очень узкого спектра задач.

Тем не менее в ближайшие годы основная гонка развернется в сфере практического применения несовершенных «шумных» квантовых технологий.

Один из ведущих современных ученых в области квантовой физики — китаец Пань Цзяньвэй, которого журнал Nature называет «отцом Кванта». Именно он курировал создание компьютера Jiuzhang, продемонстрировавшего квантовое превосходство. А еще в 2017 году он совершил прорыв в квантовой коммуникации и криптографии: тогда китайский спутник Micius с помощью фотонов в квантовом состоянии позволил провести видеоконференцию между Китаем и Веной, которую невозможно было взломать.

Нейронаука

Нейроморфные компьютеры, лечение зависимости микрочипами и нейромодуляция эмоций

Пока появление квантовых компьютеров остается отдаленной перспективой, ученые тратят много сил на усовершенствование «обычных» компьютеров. Эксперты предсказывают, что в следующее десятилетие мы увидим бум новых компьютерных архитектур, и одним из наиболее многообещающих направлений считаются нейроморфные компьютеры.

Разработчики вдохновляются устройством человеческого мозга и используют для их создания системы глубинного обучения. Нейроморфные системы будут лучше анализировать неструктурированную информацию, что сможет приблизить человечество к созданию сильного ИИ (AGI) — то есть ИИ, способного мыслить и осознавать себя (именно таким ИИ любят воображать научные фантасты).

В этой сфере особо выделяются китайские ученые из Университета Цинхуа (альма-матер генсека Си Цзиньпина): они первыми представили модель «нейроморфной завершенности» (то есть рабочую модель нейроморфного компьютера) в нескольких статьях для журнала Nature. Они также создали работающий по принципу биологических нейронных сетей чип Tianjic, который уже сейчас можно встраивать в автономные велосипеды.

Но еще интереснее китайские разработки в сфере исследований человеческого мозга. Запад наслышан о нейроимплантах (мозговых компьютерах) компании Neuralink Илона Маска. Но пока Маск экспериментирует на свиньях и обезьянах, в Китае не первый год проходят испытания по взаимодействию нейроимплантов с мозгами реальных людей.

В начале 2000-х годов китайские ученые проводили эксперименты на наркозависимых крысах и макаках-резусах — операции на мозгах этих животных приводили к заметному уменьшению зависимости.

В 2004 году китайские нейрохирурги провели не меньше 1000 операций на мозгах страдающих опиоидной зависимостью людей. В целом эксперимент считался успешным, так как привел к уменьшению рецидивов у прооперированных наркозависимых, и только у некоторых из них выявили ощутимые побочные эффекты.

А уже в 2010-х китайские ученые от простых операций перешли к техникам нейромодуляции — усилению или подавлению мозговой активности с помощью вживленных в мозг устройств. В 2019-м мир узнал историю Яна — 33-летнего мужчины с зависимостью от метамфетамина. В нейроклинику его привел отец, поставивший ультиматум: или опять на реабилитацию, или к нейрохирургам. Ян выбрал нейрохирургов и глубокую стимуляцию мозга — ему просверлили череп в двух местах, вживили в мозг электроды и вшили в грудную клетку батарейный блок питания для мозговых электродов.

Теперь доктор может управлять активностью вживленных в мозг Яна электродов с помощью приложения на планшете. «Эта машина — чистая магия», — говорит Ян. — «Доктор велит ей сделать тебя счастливым, и ты чувствуешь счастье, или сделать тебя нервным — и ты нервничаешь. Она контролирует твое счастье, злость, скорбь и радость».

Аналогичную операцию в ближайшем будущем будет делать и Neuralink, разве что батарейный блок в грудь вшивать не станут. Нейроимпланты, пожалуй, самая прорывная потребительская технология ближайшего будущего. И пока Маск дойдет до потребителя, благодаря поддержке правительства китайские ученые могут серьезно вырваться вперед.

Генетика

Клонирование, генная модификация людей и базы данных ДНК

Сегодня генетика — самая важная наука в контексте человеческого здоровья. И это один из ключевых приоритетов китайской науки уже третье десятилетие: в новой пятилетке ей традиционно уделяется большое внимание.

Успехи китайских генетиков признаются учеными всего мира: например, Китай находится на втором месте после США по количеству научных статей в области биомедицинской инженерии. Однако генетики Поднебесной связаны с чередой скандалов, в основном вызванных нарушением общепринятых морально-этических норм.

Так, в 2001 году китайский ученый вырастил в лаборатории эмбрионы кроликов с ядрами клеток кожи, взятыми у семилетнего мальчика. Из получившихся гибридов можно было брать эмбриональные стволовые клетки, необходимые в регенеративной медицине — еще одном направлений, которое в 2021 году входит в число приоритетных в пятилетнем плане.

Благодаря китайским экспериментам с техникой редактирования генома CRISPR-Cas9 на обезьянах человечество узнало, что ДНК эмбрионов циркулирует в крови матери. В 2015 году китайские генетики первыми использовали CRISPR-Cas9 на нежизнеспособных эмбрионах. В 2018-м китайский биофизик Хэ Цзянькуй объявил, что с помощью CRISPR-Cas9 он успешно модифицировал ДНК человеческих эмбрионов и сделал их менее уязвимыми для ВИЧ. Китайский суд строго осудил Цзянькуя за «погоню за славой и прибылью», посадил в тюрьму на три года и выписал штраф на 3 млн юаней (430 000 долларов).

В 2019 году генетики из Китайской академии наук модифицировали гены макак-крабоедов, чтобы вызвать у тех аутичное поведение — это помогло лучше понять природу аутического расстройства. Они также успешно клонируют приматов и поставляют ученым всего мира 95% трансгенных обезьян для разнообразных экспериментов.

Китайская компания BGI Group — один из мировых лидеров по секвенированию геномов человека, животных и растений. Показательна ее история: BGI была создана ученым Ванг Яном в 1999 году как негосударственный исследовательский институт для участия в международном проекте «Геном человека». BGI и Ян тесно сотрудничали с государственными университетами, обменивались опытом и учеными. Со временем BGI превратилась в коммерческую компанию, хотя сотрудничество с государством не прекратилось. Такое переплетение частного и государственного кажется странным и подозрительным на Западе, но для Поднебесной это абсолютная норма.

В конце 2019 года ученые из BGI выявили у 44-летнего уханьского пациента WHO1 (или WH01) неизвестный вирус, впоследствии получивший название SARS‑CoV‑2. А в январе 2020-го ученые из BGI первыми секвенировали геном коронавируса и опубликовали информацию в открытом доступе.

BGI активно принимала участие в диагностике и борьбе с COVID-19 в Китае и за его пределами. Во время пандемии она построила 58 лабораторий в 18 странах. Вместе с тестами на определение коронавируса компания также распространяет наборы и аппаратуру для генетического секвенирования.

BGI отвечает за формирование национальной базы генетических данных Китая, с которой косвенно связаны интересные проекты.

Например, китайская полиция намеревается собрать кровь у 700 млн китайских мальчиков и мужчин для создания генетической базы данных. Материал собирают в первую очередь у мужчин просто потому, что они чаще женщин совершают преступления.

Такую амбициозную цель поставили после успешного эксперимента в провинции Хэнань, где полиция за два года собрала образцы крови 5,3 млн мужчин. Сейчас Китай владеет базой данных 80 млн генетических профилей — самой большой в мире, и у него есть все шансы стать мировым лидером в области генетики.

---

До пандемии бытовало мнение, что Китай обгонит США и станет самой большой экономикой мира к 2030 году. В 2021-м прогнозы изменились: теперь аналитики полагают, что Китай станет крупнейшей экономикой уже к 2026 году — то есть в аккурат к окончанию пятилетки, которую мы рассмотрели.

Сила китайского научно-промышленного комплекса заключается в совместной работе государства и корпораций. Государство выступает в роли опекающего Большого брата: выделяет компаниям и ученым гранты, освобождает от налогов, создает особые условия на уровне законодательства. При условии, что цели ученых и бизнесменов совпадают с целями партии, конечно. А так как цель партии — прорыв в сфере науки и технологий, система работает отменно.

Отдельный бонус такого союза государства и частного сектора — отсутствие сдерживающих морально-этических факторов (читай: «законов»), которые, по мнению, американских технопредпринимателей, замедляют технический прогресс в США и Европе.

Искусственный интеллект и генетика — две сферы, в которых свобода от этики дает китайским компаниям реальные преимущества по сравнению с западными коллегами. Можно ужасаться и возмущаться «беспринципности» китайских ученых и бизнесменов, но нельзя отрицать, что они ощутимо двигают науку вперед.

Подытожить планы Поднебесной можно словами председателя Си Цзиньпина: «Восток поднимается, а Запад — увядает». Сомневаюсь, конечно, что Запад прямо-таки увядает: довольно давно ему пророчат смерть, а он всё равно цветет. А вот в том, что Восток на подъеме, — никаких сомнений быть не может.