Мичио Каку - Физика будущего

Свет — это волна, у которой на одну секунду приходится примерно 10 14циклов (10 14— это единица с четырнадцатью нулями). Для передачи одного бита информации (1 или 0) требуется много циклов. Это значит, что оптическое волокно может нести на одной частоте примерно 10 11бит информации. И это число можно еще увеличить, поместив в одно волокно несколько сигналов на разных частотах, а затем связав оптические волокна в единый кабель. Все это означает, что, увеличивая число каналов в кабеле, а затем и число кабелей, можно передавать информацию в почти неограниченных количествах.

В-третьих — и это самое главное, — основой компьютерной революции является миниатюризация транзисторов. Транзистор — это ключ, или управляющий элемент, контролирующий поток электричества. Если сравнить электрический контур с водопроводом, то транзистор — это кран, управляющий потоком воды. Точно так же как простым поворотом ручки крана можно перекрыть сильный поток воды, небольшой электрический ток на управляющем входе транзистора может управлять гораздо более сильным током основной цепи и таким образом усиливаться.

Сердце этой революции — компьютерный чип, электронная микросхема, где на кремниевой подложке размером с ноготь могут разместиться сотни миллионов транзисторов. Внутри любого современного компьютера есть микросхемы, транзисторы на которых можно разглядеть только в микроскоп. Эти невероятно крошечные транзисторы создаются примерно так же, как рисунки на футболках.

Чтобы напечатать рисунок на тысячах футболок, сначала необходимо создать шаблон с контуром этого рисунка. Затем этот шаблон накладывают на футболку и брызгают сверху краской в виде спрея. Краска попадает на ткань только в тех местах, где на шаблоне имеются прорези. Затем шаблон убирают, и на футболке остается идеальная копия рисунка.

Точно так же при производстве микросхем сначала изготавливается шаблон, содержащий сложные контуры миллионов транзисторов. Шаблон помещается на многослойную светочувствительную кремниевую пластину. Затем на шаблон и пластину направляют ультрафиолетовый луч; излучение проникает сквозь прорези в шаблоне и действует на кремниевую пластину.

После этого подложку опускают в кислоту, вытравливая контуры схем и создавая хитрый рисунок миллионов транзисторов. Поскольку пластина состоит из множества проводящих и полупроводящих слоев, кислота проникает на разную глубину и вытравливает в ней различные формы; таким образом можно создавать невероятно сложные электронные схемы.

Закон Мура так неустанно обеспечивал нам экспоненциальный рост мощности компьютеров, в частности, потому, что производители микросхем, отрабатывая технологию, постепенно уменьшали длину волны УФ-излучения, что позволяло им вытравливать на кремниевых пластинках все более и более крошечные транзисторы. Длину волны УФ-излучения можно довести до 10 нм (нанометр — это одна миллиардная часть метра), и самый маленький транзистор, который можно вытравить на подложке таким способом, будет около тридцати атомов в поперечнике.

Но этот процесс не может продолжаться до бесконечности. В какой-то момент мы столкнемся с тем, что вытравить таким способом транзистор размером с один атом физически невозможно. Можно даже прикинуть, когда приблизительно рухнет закон Мура: в тот момент, когда дальнейшая миниатюризация потребует делать транзисторы размером с отдельный атом.

Около 2020 г. или чуть позже закон Мура постепенно перестанет действовать; если не будет найдена новая технология, способная заменить нынешнюю и обеспечить дальнейший прогресс, Кремниевой долине грозит медленное превращение в очередной «ржавый пояс». Согласно законам природы со временем Кремниевая эра закончится и начнется Посткремниевая. Транзисторы станут такими маленькими, что на сцену выйдут квантовая теория или атомная физика — и электроны начнут уходить с проводников и просачиваться куда не положено.

К примеру, представьте, что толщина тончайшего полупроводникового слоя в вашем компьютере достигнет пяти атомов. В этот момент, по законам природы в дело вступит квантовая теория. Принцип неопределенности Гейзенберга утверждает, что невозможно точно знать одновременно положение и скорость частицы. На первый взгляд такой принцип кажется непонятным, но на атомном уровне просто невозможно определить, где в точности находится электрон, а потому никак нельзя гарантировать, что он не выйдет за пределы ультратонкой проволоки или слоя; он непременно просочится оттуда наружу и вызовет короткое замыкание.