Джон Фарндон - Вопрос на засыпку. Как заставить мозги шевелиться

Транзисторы представляют собой логические элементы, от которых зависят вычисления: «да/нет», «и/или», 0/1. Если транзисторы достигнут своего предела, можно ли будет построить логику на альтернативных элементах, устойчивых к проявлению квантовых эффектов? Именно над этим вопросом работает команда проекта Pico-Inside и другие исследователи.

Вместо того чтобы пытаться впихнуть как можно больше вычислительной мощности в минимальный объем, они начали с противоположной стороны и создали компьютер из атомов, чтобы использовать преимущества квантовых эффектов, а не устранить их. При постройке компьютера они применяли атомные силовые микроскопы, с помощью которых помещали атомы в нужное место. На данный момент, кроме логического элемента из 30 атомов, ученым удалось собрать из атомов шестеренки, колеса и даже двигатели, каждый из которых представляет собой одну молекулу. До того, чтобы собрать полностью рабочий компьютер, еще далеко, но возможность этого очевидна.

Главная проблема всех нанокомпьютеров не в вычислительной мощности, а в дополнительных устройствах. Как обеспечить для них питание? Как их охлаждать? Как они смогут взаимодействовать с другими устройствами? Бессмысленно создавать компьютер размером с молекулу, если затем понадобится в триллион раз больший модуль беспроводной связи и огромный аккумулятор или солнечная батарея. И, разумеется, солнечные батареи не будут работать в темноте. Именно эти проблемы предстоит решить, чтобы нанокомпьютеры стали реальностью.

Еще более впечатляющих результатов можно добиться, если отказаться от обычных логических элементов на транзисторах в пользу квантовых вычислений. При этом целью будет не дальнейшее уменьшение компьютера, а использование силы квантовых эффектов для достижения высоких скоростей обработки информации. Для создания такого компьютера нужно уменьшить элементы настолько, чтобы вступили в силу квантовые эффекты, то есть до размера атома, электрона или даже фотона. Если квантовые компьютеры будут когда-либо построены, они станут использовать атомные и субатомные частицы в качестве рабочих элементов.

Смысл в том, что вместо обычных битов, способных принимать значение 0 и 1, можно будет использовать квантовые биты, или кубиты, которые находятся в состоянии суперпозиции и могут принимать значение 0 и 1 одновременно. В обычном компьютере биты должны менять свое состояние последовательно. При использовании кубитов все вычисления могут выполняться одновременно. Это значит, что такой компьютер станет решать задачи в миллионы раз быстрее обычного за счет параллельной работы над задачей.

В 2014 году канадская компания D-Wave попала на обложку журнала Time с устройством, которое ее сотрудники объявили первым коммерческим квантовым компьютером. Эта машина размером с большой шкаф – и она работает, – но никто не уверен, действительно ли она представляет собой квантовый компьютер. Также никто не уверен, что такой компьютер может принести какую-либо пользу. Предполагается, что он способен помочь банкам быстрее проводить финансовые операции при помощи сверхбыстрых вычислений, но зачем он нужен всему человечеству, пока неясно.

Это одна из проблем маленьких компьютеров: какова цель? Зачем нужен компьютер размером с песчинку, если легко потерять дома даже обычный сверхплоский телефон? На этот вопрос есть по меньшей мере два ответа.

Во-первых, устройства размером с ваш телефон смогут очень сильно увеличить свою вычислительную мощь и будут способны делать фантастические вещи, на которые они не способны в настоящий момент. Некоторые критики, впрочем, говорят, что это неправильный взгляд на мир. Не нужно увеличивать мощность отдельных компьютеров. Вместо этого следует улучшать связь, так чтобы вычислительная мощь всех компьютеров, объединенных в сеть, использовалась одновременно, как в случае облачных вычислений. При этом мощность вашего индивидуального терминала может быть небольшой, но он станет использовать всю мощь «облака».

Во-вторых, нанокомпьютеры окажутся полезны для манипуляций с объектами в наномасштабе. Самые многообещающие возможности находятся внутри тела. Я уже рассказывал о компьютере, работающем в глазу. Нанокомпьютеры могут быть помещены в кровеносную систему для мониторинга кровообращения или для помощи при постановке диагноза. Одно такое маленькое устройство не способно на многое, но их совокупность, которую можно поместить в таблетку, позволит снизить уровень холестерина или уничтожить камни в почках.