Du kan bare vente dig

Af Palle Vibe, Alt om Data

Denne artikel er oprindeligt bragt på Alt om Data. Computerworld overtog i november 2022 Alt om Data. Du kan læse mere om overtagelsen her.

Al information består efterhånden af data, og selv klodens mest uvejsomme egne kan hente denne information gennem et omfattende og globalt netværk, der enten trækkes gennem kabler og optiske fibre eller sendes trådløst mellem master eller satellitter. Endnu er ikke enhver knappenål på Jorden dækket af internet, men adskillige organisationer og entreprenører er godt i gang med at afhjælpe den mangel.

Den seneste SpaceX mission medførte bl.a. to prøvesatellitter til det satellitnetværk, som Elon Musk forventer opsendt og fungerende i 2024 under navnet Starlink. De amerikanske myndigheder har netop givet grønt lys for opsendelse af yderligere omkring 7000 kommunikationssatellitter, der med en båndbredde på én gigabit/sek vil kunne brede Internet of Things ud til de fjerneste afkroge af kloden.

I modsætning til de eksisterende geostationære satellitter, skal de nye hænge i ret jordnære baner for at nedsætte transmissionstiden. SpaceX forventer at have opsendt 4425 satellitter i 2024 i 1200 km højde fulgt af 7518 VLEO-satellitter (Very Low Earth Orbit) i så lav højde som 340 km over havet, hvilket vil bringe transmissionshastigheden på linje med fiberoptiske kabler.

Desuden vil satellitterne benytte sig af en såkaldt phased array-løsning, der kan koncentrere antennesignalerne, hvor behovet er størst, og hvor små jordmodtagere kan spore satellitterne kontinuerligt. Google og investeringsgiganten Fidelity har tilsammen investeret over en mia. dollar i foretagendet, og Starlink vil være et stort skridt på vejen mod fremtidens internet til alle Jorden over.

Til gengæld forudsætter myndighederne også, at SpaceX allerede i dag kan præsentere en plan for, hvordan de mange drabanter skal fjernes og destrueres, når de er udtjente. Det har Elon Musk dog angiveligt taget højde for, ligesom han med en gennemtænkt raketgenbrugsteknologi har en god udgangsposition for at kunne realisere sine planer både hurtigt og billigt.

For Elon Musk og SpaceX er ikke den eneste, der sysler med tanken om at dataficere vores planet via kranse af internetsatellitter, idet både flyfabrikken Boeing, Facebook Samsung og andre er lige i hælene på ham.

Her sendes de første to kommunikationssatellitter i Elon Musks Starlink-projekt op i bane omkring Jorden.

Dog er der andre redskaber i værktøjskassen end satellitter, og blandt de måske mest spændende er Loon LLC-projektet, der oprindelig hørte under Google X, men nu er et selvstændigt firma. Loon vil forsøge at dække Jordens mere afsides egne med trådløst internet via et 4G-LTE netværk, hvor store balloner 18-25 km oppe i stratosfæren skal fungere som ”sendermaster”. Projektet forudsætter dog, at ballonerne ikke møder vindhastigheder over 30 km/t eller videre turbulens i disse luftlag, men stratosfæren går hensigtsmæssigt nok for at være et relativt stille luftlag.

Så der er ingen tvivl om, at internettet er kommet for at blive. Udviklet, forandret og forbedret. Men mange nye funktioner, egenskaber og udbygninger vil utvivlsomt også komme til og fordre stadig større transmissionskapacitet og hastighed, og det kan principielt sagtens gøre de fleste dækningsinitiativer ubrugelige om bare få år. Nye teknologier og nye netværk er nemlig på vej, og de vil helt sikkert gøre sig mere og mere gældende fremover.

Det er balloner af denne type og størrelse, som Google har planer om skal bære internettet ud til klodens fjerneste egne.

Nyt net er både intelligent og sprogstærkt

Måske vil en af de første afgørende forbedringer og videreudviklinger af det eksisterende net blive det, der kaldes det ”semantiske web”.
Det er ikke som sådan et nyt netværk. Det semantiske web er et netværk, hvor computerne ikke bare ”læser” og genkender ord, men også ”forstår” deres betydning.

Men til forskel fra det nuværende World Wide Web er oplysningerne på forhånd kategoriseret efter etiketter og tags, der indeholder datoen for sidste opdatering, størrelsen af indholdet og kategori eller tema. For dermed bliver det muligt for en computeralgoritme at fortolke og sortere oplysningerne.

Selve beskrivelserne laves direkte på websiderne i programmeringssproget XML, men de skal bygge på en såkaldt ontologi dvs. et større klassificerings-system, hvor du ud fra et søgeord som tennisturnering også får information om forbundne begreber som bestemte turneringer, spillere osv. Målet er, at de oplysninger, du søger, automatisk bliver ordnet og fortolket ud fra forbehandlede oplysninger.

På det semantiske web vil du eksempelvis ud fra et søgeord som tennisturnering kunne pejle dig rundt om ordet og få oplysninger om både andre turneringer, spillere mv.

Selvfølgelig er det langt fra enkelt at lave sådan et klassificerings-system, men heldigvis er det en opgradering, der kan ske løbende uden at være i vejen for det ganske almindelige dagligdags web. Og fordelene vil være mange, da et intelligent semantisk web vil være langt lettere og mere pålideligt at bruge end det nuværende uoverskuelige sammen-surium af søgemuligheder og mere eller mindre lødige hits.

Tim Berners-Lee, der er en af ophavsmændene bag det gode gamle World Wide Web og drivkraft bag det semantiske net mener, at hvis vi laver det semantiske web ordentligt, så vil det kunne udvikle den menneskelige viden som helhed.

Det taktile internet er endnu et rørende skridt på vejen

En af disse videreudviklinger kaldes det ”taktile internet”. Taktil betyder berøring, og et taktilt internet er med andre ord et internet, der også kan formidle berøring og føleindtryk frem og tilbage, men vel at mærke så hurtigt og overbevisende, at både personer og maskiner bogstavelig talt vil ”føle” det som at stå ved siden af hinanden.

Det er klart, at produktpræsentationer og brainstorming-sessions vil være meget mere nærværende og realistiske, når alle kan både se og mærke på fremlagte modeller mv. og klappe hinanden på skulderen, selv om de befinder sig vidt forskellige steder.

Gennem et taktilt internet vil du også kunne blive fjernundervist i næsten alt fra klaverspil til zoneterapi, hvor følesansen er central, ligesom et taktilt net også kan give terapeuter og læger mulighed for at fjernbehandle og endog foretage operationer på patienter, der er indlagt på den anden side af Jorden, ligesom musikere i et orkester vil kunne spille sammen, selv om alle medlemmer er vidt geografisk spredt.

Følesansen vil også kunne højne oplevelsen ved både VR, AR og onlinespil. Principielt vil det taktile net endog kunne formidle smage og lugte (se AOD nr. 17/18). Det taktile internet vil tilføje det nuværende internet utallige nye spændende muligheder, men kræver også, at båndbredden og hastigheden bliver forøget gennem lynhurtige forbindelser og 5G-netværk.

Så langt så godt, men de mange nye muligheder vil formentlig også kræve nye standarder. Senest er den globale automationsindustri for første gang blevet enig med sig selv om en samlet kommunikationsprotokol, der kan formidle data og styreordrer mellem enhver opkoblet industrienhed (hardware eller software) i sikker og pålidelig realtid.

Denne nye automations-standard hedder Open Platform Communications Unified Architecture over Time Sensitive Networks (OPC UA over TSN) og er i virkeligheden to kombinerede eksisterende standarder. OPC UA er oprindelig en Microsoft protokol, mens TSN er udviklet til videostreaming. Det er dermed ikke nogen af de involverede aktører og leverandører af industriudstyr, der har trukket egne normer ned over hovedet på konkurrenterne, så der er kommercielt set tale om en neutral standard.

Internettet forurener på niveau med flyindustrien

Men i takt med hurtigere og større kapacitet følger også overraskende nok i datasammenhæng forurening. Internettrafikken vokser på verdensplan med 35-50 % pr. år, og da bare én enkelt Google-søgning forbruger lige så meget energi som at have en 60 watts-pære tændt i 17 sekunder, udgør internettet en betragtelig miljøbelastning. Faktisk står internettet for 2-3 % af den samlede CO2-udledning, og det er nogenlunde det samme som hele flyindustrien.

Heldigvis betyder konstante teknologiske forbedringer af internettets infrastruktur dog, at internettets andel af den samlede miljøbelastning følger med op. Et eksempel er en chip, som er blevet udviklet på DTU, og som kan erstatte en masse energikrævende småkomponenter og dermed reducere energiforbruget lokalt med en faktor på 100 eller måske 1000.

Der er tale om en lille optisk chip, der blot er tre millimeter lang og fremstillet i materialet aluminium-gallium-arsenid, (AlGaAs). I laboratoriet har chippen behandlet et datasignal på 1,28 terabit pr. sekund. Det svarer til at rippe en 1-gigabyte dvd på under 10 millisekunder.

Til sammenligning er industristandarden for internethastigheder i dag på ca. 100 gigabit pr. sekund, og man arbejder på at kunne opnå hastigheder på 400 gigabit pr. sekund, hvilket sammenlignet med dagens computer-cpu’er er omkring 500 gange hurtigere. Det er dog svært at overføre disse laboratoriebaserede forsøg til virkelige systemer, og DTU-forskerne erkender også, at der sandsynligvis vil gå nogle år endnu, før de samme hastigheder kan opnås ude i praksis.

Et netbaseret kvantespring

Men det allerstørste krav stiller et kommende kvanteinternet, der bygger på helt nye teknologier for dataoverførsel, hvor du ikke længere bare taler om bits, men om kvantebits (qubits).

Et kvantebaseret internet vil ikke bare kunne fremme et verdensatomur, der vil kunne give endnu bedre præcisionsbestemmelse for navigationssystemer, men forskerne vil også via et kvantenet kunne forbinde teleskoper forskellige steder på Jorden og derved blive i stand til at se flere detaljer på exoplaneter og stjerner, end det er muligt med enkeltstående teleskoper.

Endelig vil et net af kvantecomputere kunne give laboratorier og universiteter langt større beregningskapacitet, end hvis kvantecomputerne blev forbundet med traditionelt internet.

Mens vore dages almindelige computere opererer med bits, der enten repræsenterer 0 eller 1, bruger kvantecomputere kvantebits eller qubits, der både kan repræsentere 0 og 1 på samme tid. Det er kvantemekanikkens superpositionsprincip og netop den kvalitet, der gør kvantecomputeren i stand til at lave meget hurtige og indviklede beregninger, da kvantebits på den måde kan repræsentere utrolig meget information.

Sådan kommer en kvantecomputer fra IBM formentlig til at se ud, hvis og når den bliver en virkelig realitet.

For at realisere et kvantenetværk har du imidlertid brug for at kunne lagre kvantebits i en hukommelse, uden at superpositionsegenskaberne forsvinder, og det er meget vanskeligt at opretholde kvanteegenskaberne i længere tid og over længere afstand.

Det kræver tilført forstærkning, og det er ikke muligt at etablere konventionel forstærkning i et kvantenetværk, da du ikke kan tage en kopi af en kvantebit uden at detektere den. Og det er det særlige ved kvantebits, at de kun kan opretholde deres ”dobbeltinformation” så længe de ikke så at sige bruges til noget. Så snart kvante­bitten bliver detekteret, forvandles den til en klassisk bit, som enten er 0 eller 1.

Skematisk oversigt over en projekteret IBM-kvantecomputers opbygning og indretning.

Heldigvis har videnskaben forslag til en løsning. I stedet for forstærkning inddrager forskerne teleportering og sender på den måde kvantebits fra A til B via en ”mellemmand” C. Det kan lade sig gøre ved at udnytte en anden af kvantefysikkens sære kvaliteter, der kaldes entanglement eller sammenfiltring. Når to kvantepartikler som eksempelvis to fotoner er sammenfiltrede, bevarer de deres sammenfiltrede egenskaber selv om de bliver adskilt af store afstande.

Ved at benytte teleportering bliver kvantebits ikke direkte overført fysisk fra A til B, men hvis A og C deler et sammenfiltret partikelpar, kan A sende information om sin partikel videre til C. Det forudsætter naturligvis, at partiklen i A bliver detekteret og ødelagt, men til gengæld kan C nu gendanne partiklen på basis af informationen og sin egen partikel og sende denne information videre til B. Partiklerne selv optræder på denne måde aldrig mere end ét sted ad gangen, men alligevel kan informationen om dem transmitteres gennem et kvanteinternet.

Samtidig vil informationen aldrig kunne opsnappes noget enkelt sted undervejs, og kvantekryptering er derfor ubrydelig. Problemet er bare, at det indtil nu ikke er lykkedes at teleportere meget andet end en enkelt elementarpartikel særlig langt. Nu hævder uafhængige kinesiske og canadiske videnskabsfolk imidlertid, at det er lykkedes dem at teleportere små fotonpartikler adskillige kilometer gennem kabel tværs over en hel by.

Computerfysikeren professor Stephanie Wehner fra det tekniske universitet i Delft er blandt initiativtagerne til et forsøgskvantenet mellem byerne Amsterdam, Haag, Leiden og Delft i Holland.

Opmuntret af dette fremskridt vil hollandske forskere nu etablere en prototype på et kvantenetværk mellem byerne Amsterdam, Haag, Leiden og Delft allerede i 2020. Blandt initiativtagerne er Stephanie Wehner fra det tekniske universitet i Delft og koordinator for European Quantum Internet Alliance.

Stephanie Wehners bedste gæt er, at der inden for fem år vil findes små kvantenetværk i byer af samme geografiske udstrækning, som kan opbygges uden brug af de komplicerede kvanteforstærkere, og i løbet af ti år vil forskerne kunne sammenkoble sådanne netværk med fiberforbindelser over distancer på omkring tusind kilometer eller via satellitkommunikation, som f.eks. kineserne allerede har vist er muligt.

Alle forbindes med alle påtværs af tid og sted

Men uanset om og hvornår vi eventuelt vil kunne nyde godt af alle disse nye landvindinger, tør Alt om DATA gerne vove et par hurtige profetier om udviklingen af internettet, som det tegner til i dag.
Jo mere frit informationen flyder, jo større frihed og indflydelse får vi. Takket være kunstig intelligens og maskinlæring vil udviklingen af internetbaserede teknologier derfor formentlig accelerere til et niveau, hvor mange vil tabe både pusten og kontrollen.

Måske vil ikke engang specialiserede firmaer og offentlige institutioner kunne holde trit. Det kan betyde, at privatliv og uafhængighed vil blive en luksusvare, som måske kun de rigeste vil få råd til at nyde. Vi vil blive lukket inde i et stadigt tættere, digitalt fængsel af mobile enheder og apps, hvis vi har en konstant, ubrydelig internetforbindelse, som er baseret på et kvantenet.

Augmented og virtual reality vil samtidig (måske endog som følge deraf) komme til at spille en større og større rolle uanset, om du vil opleve totalt virtuelle eventyr og omgivelser gennem VR over nettet, eller om du vil have uddybet og suppleret din netresearch gennem AR.

Denne skematiske tegning illustrerer, hvordan teleportering virker og kan foregå.

Og hele Jorden vil gå online med andre himmellegemer. Vel nok ikke med fremmede solsystemer og civilisationer i første omgang, men Månen står oplagt for tur, idet vi vil etablere trådløs netforbindelse med måleudstyr og anden teknologi placeret på Månen, og næste skridt vil sandsynligvis være Mars.

De første marskolonister vil naturligt nok forlange kommunikationsmuligheder med familie og venner derhjemme, og det vil mest sandsynligt forløbe via nettransmission og kommunikationssatellitter, som vi jo til den tid sikkert har i rigt mål. En anden mulighed kunne være laserglimt, men denne teknologi er kostbar og uprøvet og indebærer forskellige risici.

Et problem, som særligt visionære forskere ængstes over er, at disse glimt også vil kunne registreres (og dermed afsløre vores tilstedeværelse for andre intelligenser), og navnkundige videnskabskapaciteter som eksempelvis Stephen Hawking har på det skarpeste advaret mod at bruge den slags ”whistleblowing”.

Men uanset transmissionsteknik skal vi huske, at jo fjernere vi er fra Jorden, jo længere tid vil kommunikationen tage, så direkte samtale vil ikke være mulig, selv om transmissionen kunne ske med lysets hastighed. Men tekstbeskeder og lign. vil sagtens kunne gennemføres.