Umělá inteligence dobývá svět. Vědci ale často neví, co a proč dělá

Věda 2019

Skryto v temnotě

Přijde umělá inteligence do baru a obsluha se ptá, co si dá. Robot odpovídá, že něco na uvolnění. Servírka mu obratem podává šroubovák. Je to takový ten vtip na dvě hvězdičky z pěti, kdy člověk ví, že není úplně hrozný, ale zároveň si není jistý, jestli by ho neměl jen přejít. Nicméně většina lidí se nad ním nakonec stejně pozastaví. Když zjistí, že jeho autorem je umělá inteligence.

Umělá inteligence letos poprvé simulovala vesmír, oživila stín malíře Salvadora Dalího nebo navrhla nové léky. Postupně ovládá každý kout vědy, a to přesto, že vědci nevědí, co vše se v ní vůbec děje. Stejně jako netuší, co se děje uvnitř černé díry, kterou se letos podařilo poprvé vyfotografovat.

Žít v dnešní době znamená zažívat dobu bezprecedentního přerodu lidské společnosti právě díky technologickému pokroku. Hospodářské noviny vám proto přináší již tradiční zprávu o tom, kam se lidstvo za uplynulý rok posunulo a co ho čeká v budoucnu.

Odpovědi v temnotě

Strach je velmi dobrá věc. Motivuje. Když taková slova pronese Sheperd Doeleman, mají trochu temný nádech. Právě Doelemanův tým složený z vědců celého světa se totiž letos postaral o největší vědeckou událost: vyfotografoval černou díru sedící uprostřed galaxie Messier 87. Tento vesmírný behemot je 6,5miliardkrát těžší než Slunce a od Země je vzdálený 54 milionů světelných let.

Uvnitř každé černé díry sídlí takzvaná singularita, což má být bod o nekonečné hustotě. Singularitu předpovídá Einsteinova teorie relativity, která navíc říká, že takový bod byl i na počátku vesmíru. Uvnitř černé díry by ale kromě relativity měly platit i zákony kvantové mechaniky, která řídí svět malých rozměrů. Sjednocení těchto dvou teorií by mělo přinést teorii všeho, schopnou odpovědět na otázku, jak všechno začalo a jak to skončí. To je důvod, proč jsou černé díry pro vědce těmi nejzajímavějšími objekty ve vesmíru.

„Když si uvědomíte, že celá sluneční soustava by se do vyfotografované černé díry vešla třikrát, dojde vám, že existují tak monumentální kosmické síly, až dělají všechno na Zemi nepatrným,“ říká v exkluzivním rozhovoru pro HN Doeleman a slibuje, že do deseti let černou díru natočí. Fotografie vesmírného monstra může skutečně nahánět strach z toho, jak nepatrní lidé v kosmu jsou. Zároveň ale ukazuje, že lidstvo rozhodně není malé v tom, co všechno dokáže. Vždyť ještě před deseti lety nebylo jisté, zda černé díry vůbec existují.

Dnes už jsou vědci díky ohromnému technologickému pokroku schopni černé díry pozorovat, ať prostřednictvím gravitačních vln, nebo právě díky teleskopu EHT, jenž fotografii pořídil. Teleskop má jen pro zajímavost takové rozlišení, že by na jeho fotografii z okraje sluneční soustavy byly rozlišitelné jednotlivé domy na planetě Zemi.

Teleskop horizontu událostí (EHT) je virtuální, to znamená, že se skládá z mnoha teleskopů rozmístěných po celém světě.

Černé díry letos kralovaly v médiích ale i v jiných souvislostech. Například se objevila studie navrhující, že by malá černá díra asi o velikosti melounu mohla být i na okraji sluneční soustavy. Mohla by vysvětlit odchylky v drahách vzdálených planet. Také se letos podařilo zachytit černou díru, která se toulá naší galaxií, nebo najít jednu, která by podle současné teorie neměla existovat.

Černá díra LB-1 je příliš masivní na to, aby mohla být pozůstatkem hvězdy nebo počátku vesmíru, a zároveň příliš malá, aby mohla být typem černé díry, kterou se letos podařilo vyfotografovat. Je proto možné, že vědci budou muset přehodnotit svou teorii týkající se vzniku černých děr z hvězd a připustit, že může z hvězdy vzniknout černá díra i o hmotnosti 70 Sluncí. V polovině prosince se už objevily ale hned tři nezávislé studie, které dochází k závěru, že půjde spíš o chybu v pozorování, než že by taková černá díra mohla existovat. Jde o ukázkovou demonstraci vědecké metody založenou pouze na faktech.

Duchařina na dálku

Vedle fotografie černé díry v médiích tak trochu zapadlo jiné mistrovské dílo: první fotografie kvantového provázání. Jde o zvláštní jev, který se vyskytuje pouze ve světě malých rozměrů. Albert Einstein mu říkal strašidelné působení na dálku, neboť dvě kvantově provázané částice například v podobě dvou elektronů o sobě vědí bez ohledu na to, jak daleko jsou od sebe vzdálené. Nelze se dotknout jednoho elektronu, aby se o tom okamžitě nedozvěděl i ten druhý. Nijak je přitom neomezuje rychlost světla.

Elektrony mají vlastnost, které se říká spin. Představit si ho lze jako rotaci. Platí, že u kvantově provázaných elektronů musí oba rotovat opačným směrem, každý musí mít opačný spin. V kvantovém světě ale navíc existuje ještě pravidlo říkající, že každý z daných elektronů rotuje oběma směry zároveň, dokud se směr rotace jednotlivých elektronů někdo nepokusí zjistit.

Kredit: Moreau et al., Science Advances, 2019

Obrazec je sestavený ze čtyř fotografií, každou tvoří dva fotony. Každá fotografie zachytila fotony ve chvíli, kdy jeden z páru prošel speciálním filtrem a změnila se jeho fáze, zatímco druhý ne, a přesto se jeho fáze taktéž v ten samý okamžik změnila. Fáze je jedna z vlastností fotonů, podobně jako spin. Při experimentu byly použity fotony, běžně se ale používají i elektrony.

Ve chvíli, kdy se to výzkumník u jednoho elektronu rozhodne udělat, musí naměřit rotaci pouze jedním směrem. Elektron se musí rozhodnout, jak bude rotovat. Pokud tedy například měřením výzkumník zjistí, že jeden elektron rotuje po směru hodinových ručiček, musí druhý elektron, umístěný třeba na druhém konci sluneční soustavy, rotovat proti směru hodinových ručiček. Elektrony jako by o sobě věděly.

Kvantové provázání umožňuje teleportaci informací a stojí na něm kvantové počítače. U klasického počítače jsou jednotkou informace bity, které nabývají hodnoty 1 nebo 0. U kvantového počítače jsou základními jednotkami qubity, které se ale řídí již popisovanými zvláštnostmi kvantového světa. Nabývají hodnot 0 i 1 zároveň. Navíc jsou jednotlivé qubity kvantově provázané, tedy exponenciálně roste množství informací, které jsou schopné simultánně nést. Co to znamená?

Když klasický počítač hraje šachy, prochází všechny možné kombinace postupně. Pokud tak chce vidět pouhé tři tahy dopředu, musí projít devět milionů možných šachových partií. Kvantový počítač ale prochází všechny partie v jednotlivých tazích najednou. Tedy místo devíti milionů úkonů mu stačí udělat tři. Od určitého množství vzájemně provázaných qubitů, konkrétně se uvádí číslo 50, už kvantovému počítači nestačí v určitých typech úloh ani nejvýkonnější klasické superpočítače.

Tomu se říká kvantová nadřazenost a té se podařilo dosáhnout letos poprvé Googlu, když jeho kvantový počítač spočetl úlohu, která by klasickému superpočítači trvala vyřešit podle prohlášení firmy deset tisíc let. Google sice čelil následně kritice, že daná úloha byla velmi primitivní a doslova šitá na míru kvantovému počítači, prvenství mu přesto už zůstane.

Google letos dokázal dosáhnout kvantové nadřazenosti. Jeho kvantový počítač Sycamore dokázal vyřešit úlohu, kterou by klasickému superpočítači trvalo vyřešit mnohonásobně déle.

Letos se také podařilo fyzikům vyzkoušet na kvantovém počítači obrátit čas. Fyzikální zákony většinou nerozlišují mezi minulostí nebo přítomností. Stejně to platí u zákonů, kterými se řídí jednotlivé qubity. A tak se fyzikům podařilo dosáhnout toho, že se stav qubitů začal vyvíjet proti směru času. Jako kdyby se začal čaj znovu vsakovat do louhovaného sáčku. Celý experiment je zajímavý tím, že otevírá možnost, jak snížit chybovost kvantových počítačů. Většinu času práce kvantového počítače totiž zabere korekce chyb. Možnost obrátit v počítači čas by ji měla urychlit.

Já, robot

Umělá inteligence letos poprvé simulovala vesmír. Konkrétně šlo o výřez krychle o šířce 600 milionů světelných let. Co je ovšem skutečně přelomové, je fakt, že jí to trvalo pouhých 30 milisekund, a přitom dosáhla přesnosti nejlepších modelů současnosti. Dokázala to i přesto, že jí vědci neprozradili všechny potřebné informace.

Výsledek je tedy podobně překvapivý, jako kdyby umělá inteligence vycvičená na rozpoznávání koček začala najednou dobře zařazovat i psy. Vědci netuší, jak dokázala přesnou simulaci vesmíru vytvořit. A je možné, že se to nedozvědí. Umělá inteligence využívá takzvané neuronové vrstvy, které se skládají z umělých neuronů. Jde v podstatě o analogii mozkové tkáně, a to včetně schopnosti učit se. Umělé neurony jsou vzájemně propojené a na základě vnějších podnětů si vytvářejí spojení, kterým přisuzují různé váhy.

Je to jako v mozku člověka, kdy při učení jeho neurony vytváří nová spojení. Takových spojení je ale tak ohromné množství, že je v principu extrémně složité či prakticky nemožné zjistit, jaký vliv na výsledek má každé jednotlivé spojení. Řada vědců si mimochodem právě z tohoto důvodu myslí, že lidské vědomí je jen důsledek velké složitost systému, entropickou silou. Podobnou silou je například tlak, který je vytvářen uvnitř balonku ohromným množstvím částic, v případě jedné částice ale nedává smysl.

Nyní má nejsložitější umělá neuronová síť jen 16 milionů neuronů, což je přibližně stejně, jako jich má mozek žáby. Lidský mozek má kolem 80 miliard neuronů. Pokud je zmíněná hypotéza o entropické síle správná, tak v určité chvíli by lidstvo mělo být schopné stvořit vědomý stroj. Architekti umělé inteligence jsou ale zároveň přesvědčení, že na to si ještě bude třeba počkat jedno století.

Stejný problém jako fyzici simulující vesmír měli letos i lékaři snažící se předpovědět, jak se bude vyvíjet zdravotní stav pacientů s onemocněním srdce. Umělá inteligence začala na základě EKG předvídat hrozbu selhání srdce. Ukázalo se, že podobně jako u simulace vesmíru jsou její předpovědi velmi přesné. V podstatě předvídala smrt. Problém je, že ani zde odborníci netuší, jak se jí to podařilo. Pravděpodobně si dokázala v 1,77 milionu záznamů všimnout nějakého vzorce, který lidem uniká. Umělá inteligence dnes již diagnostikuje celou řadu závažných onemocnění s mnohem vyšší úspěšností než lidé.

Dnes žije jediný zástupce člověka, a to člověk moudrý. Ostatní už vyhynuli. Jedním z druhů vyhynulých před 30 tisíci lety je i neandertálec. Neandertálská žena je vpravo. Vlevo je pak dívka též vyhynulého denisovana.

Zdroj: Maayan Harel, Royal Pavilion & Museums; Brighton & Hov

Umělá inteligence také letos vystopovala v lidských genech předka, o kterém vědci dosud nevěděli. Měl by být svými geny blízký neandrtálcům a denisovanům. V současnosti vědci vědí pouze o jednom případu, kdy mělo dítě neandrtálskou matku a otce denisovana. V Denisově jeskyni na Sibiři našli pozůstatek takového dítěte. Z výsledků analýzy umělé inteligence ale vyplývá, že musela existovat celá populace takovýchto kříženců.

Prudký nástup umělé inteligence přináší i hrozby. Londýnští policisté se letos přesvědčili, že umělá inteligence rozhodně není bezchybná. Ta jejich, naprogramovaná na rozeznávání obličejů, selhává v 81 procentech případů. Obzvlášť hrozivá je ale možnost takové chybovosti v kontextu nového čínského programu, který má s pomocí umělé inteligence vytipovávat potenciální kriminálníky a předcházet tak zločinům. Umělá inteligence letos také oživila malíře Salvadora Dalího, zároveň tím ale připomněla, jak lehce může být zneužita například k vytváření videí s proslovy lidí, které nikdy neřekli.

Umělá inteligence oživila malíře Salvadora Dalího. Vytvořit věrnou simulaci se podařilo v Dalí Museum ve St. Petersburgu na Floridě.

Spánek léčí

Uložit se do zimního spánku dokáže celá řada savců. Někteří lékaři proto nevidí důvod, proč by nemělo být možné dostat do stavu hibernace i člověka. Letos proběhly první pokusy, jejichž cílem sice není připravit člověka na intergalaktickou cestu, ale umožnit zachránit pacienty s těžkými zraněními, nebo dokonce oživit lidi z klinické smrti. Hlavním nepřítelem při snaze zachránit těžce poraněného pacienta je čas. Ve chvíli, kdy se nepodaří rychle zastavit krvácení, dochází k nedostatečnému prokrvení těla a prokysličení buněk. Člověk v důsledku toho velmi rychle umírá. A i kdyby se ho podařilo nakonec zachránit, velmi pravděpodobně by skončil s poškozením mozku.

Český úspěch

V medicíně patří ke světové špičce i čeští lékaři. Letos se jim podařily hned dva mistrovské kousky. Transplantovali ženě dělohu od zemřelé dárkyně a tato žena následně dokázala otěhotnět a porodit zdravé dítě. Také se letos podařilo přivést na svět dítě, jehož matka byla už týdny mrtvá. V těle matky ho lékaři uměle udržovali při životě, aby se plod dostatečně vyvinul a byl schopen života.

Američtí vědci ale přišli s řešením, jak čas obelstít. Do pacienta začnou při záchraně pumpovat speciální fyziologický roztok, který v podstatě nahrazuje krev. Zároveň se tělo přitom ochlazuje na deset stupňů Celsia. Při takové teplotě orgány zpomalují svou činnost a téměř se zastavuje metabolismus. Buňky v takovémto stavu hibernace kyslík skoro vůbec nepotřebují. V důsledku toho lékaři mají na záchranu pacienta místo minut celé hodiny.

Pokusy probíhají a celkově by jimi mělo projít 10 těžce raněných lidí, jejichž šance na záchranu by byla při běžném postupu velmi nízká. Výsledky studie budou zveřejněny příští rok. Pokud se ukáže, že proces hibernace je úspěšný, důsledky mohou být ohromné. Hibernace by potenciálně mohla otevřít i cestu lidí ke hvězdám nebo výrazně prodloužit délku jejich života.

Lidský život bude díky ohromnému pokroku medicíny brzy úplně jiný. Předzvěstí je kromě hibernace i letošní narození dalšího dítěte, které bylo geneticky upravené. Zároveň se ale na světlo dostala studie, která tyto genetické úpravy popisovala a mnohé vědce vyděsila. Čínská studie porušovala snad všechna existující etická pravidla. Rodiče dítěte dokonce ani nevěděli, co přesně s ním čínští vědci udělali. Přesto všechno se odborníci shodují, že Pandořinu skříňku v podobě genetických manipulací už zavřít nepůjde. Dokonce i NASA uvažuje, že na Mars pošle lidi s upravenou DNA.

Je jisté, že lidstvo je sice z pohledu gigantických černých děr nevýznamné, nemění to ale nic na tom, že dokáže ohromné věci. Byla by proto škoda, kdyby sebe samo zničilo například ignorací klimatických změn.

David Busta, Jan Kačer 23. 12. 2019 Další infografiky