Сет Ллойд - Програмуючи Всесвіт. Космос – квантовий комп’ютер

Дерев’яний комп’ютер, або абак, – це потужний пристрій для лічби. До винайдення електронних комп’ютерів кваліфікований користувач абака міг перевершити в лічбі досвідченого користувача арифмометра. Але абак – це не просто зручна машина для числових маніпуляцій. Він утілює могутню математичну абстракцію – нуль. Поняття нуля є невідʼємною частиною арабської числової системи – системи, що дає можливість легко подавати й комбінувати в довільному порядку великі числа, і абак є її механічним утіленням. Але що з’явилося першим? Беручи до уваги походження слова «зеро» та стародавність першого абака, ймовірно, що таки пристрій 4 4 У XVIII ст. до н. е. у вавилонян була вже усталена «арабська» числова система, але нуль був вилучений з контексту, його не писали (наприклад, 210 і 21 писали однаково). Найстаріша відома «прото-абакова» Саламінська лічильна табличка датована IV ст. до н. е. Використання 0 (нуля) було введене Птолемеєм у 130 р. н. е. і стало загальноприйнятим в Індії на середину VII ст. н. е. (Прим. авт.) . Іноді пристрої створюють ідеї.

І навпаки, ідеї також створюють пристрої. Спершу камінь, потім деревина: який матеріал забезпечить дальший прогрес в обробці інформації? Кістка. На початку XVII століття шотландський математик Джон Непер відкрив спосіб замінити множення додаванням. Він вирізав зі слонової кістки палички, зробив на них позначки відповідно до чисел, а потім виконував множення, рухаючи палички одну поряд з одною й зіставляючи позначки, що відповідають двом числам. Загальна довжина двох паличок давала добуток двох чисел. Так народилася логарифмічна лінійка.

На початку XIX століття один дивакуватий британець на ім’я Чарльз Беббідж запропонував створювати комп’ютери з металу. «Різницева машина» Беббіджа, призначенням якої було розраховувати численні тригонометричні та логарифмічні таблиці, повинна була мати в основі шестерні й вали, подібно до парової машини. Кожна шестерня передавала б інформацію своїм розташуванням, і машина обробляла б ту інформацію, поєднуючи шестерні та обертаючи їх. Хоча за своєю конструкцією машина Беббіджа була повністю механічною, її спосіб організовувати інформацію став передвісником способу структурування інформації сучасними електронними комп’ютерами. Її було створено з центральним блоком обробки даних та запам’ятовувальним пристроєм, що міг містити і програму, і дані.

Незважаючи на щедру фінансову підтримку від британської корони, план Беббіджа з конструювання різницевої машини зазнав краху. Технології початку ХІХ століття не давали ні достатньої точності методів обробки, ні достатньо твердих сплавів для конструювання шестерень та валів. (Спроба, проте, не минула даремно: розробка техніками Беббіджа більш точних методів обробки та твердіших сплавів значно прискорила промислову революцію, що тоді розгорталася.) Хоча дієві механічні калькулятори були доступні наприкінці ХІХ століття, великомасштабним робочим комп’ютерам довелось очікувати на технологію електронної схеми початку ХХ століття.

До 1940 року серед різноманітних груп виникло міжнародне змагання з побудови комп’ютерів із використанням електронних перемикачів, таких як електровакуумна трубка або електромеханічні реле. Перший простий електронний комп’ютер був сконструйований Конрадом Цузе в Німеччині у 1941 році, що, своєю чергою, підштовхнуло появу комп’ютерів у Сполучених Штатах Америки та Великій Британії пізніше в 1940-х роках. Вони мали розмір кількох кімнат з електровакуумними трубками, перемикальними схемами та блоками електропостачання, але за обчислювальною потужністю були слабкими – їхня потужність була в мільйони разів менша, ніж у комп’ютера, на якому зараз пишеться ця книжка.

Перші електронні комп’ютери хоч і коштували недешево, проте були достатньо широковживаними, тож були спроби вдосконалити їх. У 1960-х роках електровакуумні трубки та електромеханічні реле замінено на транзистори – напівпровідникові перемикальні схеми, що були меншими, надійнішими й потребували менше енергії. Напівпровідник – це матеріал, наприклад кремній, що проводить електроенергію краще, ніж непровідники, такі як скло або гума, але гірше за такий провідник, як мідь.

Від кінця 1960-х років транзистори стали меншими: їх гравіювали на інтегральних схемах на кремнієвій основі, що містили всі складники, необхідні для обробки інформації на напівпровідниковій схемі.

З 1960-х років досягнення у фотолітографії – науці проектування дедалі складніших схем – зменшували вдвічі розміри складників інтегральних схем приблизно кожних півтора року. У результаті потужність комп’ютерів подвоювалася з такою самою швидкістю – явище, відоме як закон Мура. У наші дні проводи в інтегральних схемах у пересічних комп’ютерах мають ширину лише 1000 атомів.