Квантовые и ДНК-компьютеры
Скорость работы и объемы хранения цифровых данных выросли за последние 50 лет невероятно, но компьютерная эволюция подходит к пределу физических возможностей. Закон Мура, сформулированный еще в 1965 году, гласит, что компьютерная мощность (транзисторная плотность) удваивается примерно каждые полтора года, но как может этот рост продолжаться и не упереться в ограничения, налагаемые фундаментальной физикой?
Современные компьютеры работают на электрическом разряде и манипулируют битами информации, существующими в двух видах: 0 и 1. Квантовые компьютеры, с другой стороны, не настолько ограничены. Они кодируют информацию через 0 и 1, одновременно применяя принципы квантовой механики — наложение и перепутывание, то есть вместо последовательной работы сначала над одним расчетом, потом над другим (хоть и очень быстро) квантовые компьютеры могут обрабатывать сразу несколько разных задач одновременно. Фокус- покус: нам явится компьютер со скоростью обработки данных в миллион или более раз выше, чем любая доступная сейчас техника, но что еще важнее — возникнет компьютер, способный решать задачи, которые обычным вычислительным машинам не под силу, к примеру, распознавать образы или взламывать коды.
У квантовых компьютерных технологий есть и еще одно большое преимущество. Для обыкновенных кремниевых компьютеров перегрев и расход электричества — всегдашняя проблема. А для квантовых — нет. Они уже существуют? Прямо сейчас, задешево, практичные и удобные — пока нет. Но можно довольно уверенно говорить, что появятся.
Живые компьютеры?
Если вам кажется, что уж это-то ни в какие ворота, что скажете о компьютерах на основе ДНК (дезоксирибонуклеиновой кислоты)? Опять-таки текущая незадача — физические ограничения по скорости и миниатюризации, обусловленные неизбежными кремниевыми чипами. А если мы применим биочипы, сделанные из живой материи, и создадим субатомарные процессоры и не станем полагаться на кремнезем, произведенный из силикатного песка? Ведь по сути, кремниевые чипы производятся путем расплавления обычного песка в слитки и нарезки их на тончайшие пластинки, которые потом разнообразно обрабатываются и инженерно дополняются.
«Взгляните на компьютерную память — в начале 1970-х один мегабайт стоил дороже дома, а теперь стоит дешевле конфеты» Жиль Тома, компания «СТ Микроэлектронике», Швейцария
Хотите верьте, хотите нет, но, вероятно, следующее поколение компьютеров будет создано на базе ДНК. Наши тела работают как суперкомпьютеры — наша ДНК вечно хранит информацию о нас. Поэтому, судя по всему, есть возможность разработать компьютеры, которые хранят, добывают и обрабатывают данные в триллионы раз быстрее, чем что угодно из нам известного. ДНК — предмет громадного интереса и активного изучения, в том числе и в связи с другими страшно перспективными областями науки — нанобиологией и биомолекулярной инженерией. Все они в целом имеют дело с материалами на наноуровне (1-100 нанометров).
И как же нам применять все это в повседневной жизни? Магниторезистивная оперативная память (MRAM), например, — продукт нанотехнологий, который того и гляди произведет немало шуму: MRAM позволяет сохранять изображения почти мгновенно. В будущем телефоны или камеры могут также стать нанотехнологичными. Через несколько лет похожие наработки позволят вашему компьютеру включаться или выключаться за одну тысячную секунды, а не так бесконечно долго, как некоторым сейчас кажется.
«Компьютерная эра еще даже не началась. У нас сейчас всего лишь крошечные игрушки, не намного лучше бухгалтерских счетов. Подлинная задача — подобраться к фундаментальным законам физики как можно ближе» Ричард Стэнли Уильямз (р. 1951), американский исследователь, нанотехнолог, старший партнер Лаборатории квантовых исследований компании «Хьюлетт-Пэкард»
Разумеется, компьютеры уже существуют в наших телах — на ином уровне. Для описания взаимодействий между человеческим мозгом и центральной нервной системой прижился термин «welmare» — «влажное обеспечение». Он отчасти намекает на электрохимическую природу нашего мозга, а отчасти — на взаимодействие между нейронами (наше «hardware», или «оборудование»), а также нервные импульсы — «программное обеспечение» («software»). А может, это мозг — программное обеспечение, а все остальное — оборудование? Мы позже убедимся, что тут все неоднозначно.
Будущие возможности
К чему же мы будем применять эти сверхбыстрые, сверхмаленькие и сверхдешевые компьютеры? Будем надеяться, не только для игры в «Злых птичек». Мы сможем мгновенно просмотреть 250 000 электронных писем и выделить два самых важных. Или мы станем смотреть кино через контактные линзы? Может, мы просто будем записывать и собирать все, что происходит на наших глазах от рождения до смерти (ну или правительства этим займутся).
Возможно, эти компьютеры будут управлять городами или даже всей планетой. А может, они научатся писать сонеты, как Шекспир, или картины, как Пикассо. Может, мы найдем им применение для шифровки щекотливой информации, предсказания погоды или поиска лекарства от рака. Ничто из вышеперечисленного не так уж далеко в будущем — если учесть скорость, с которой ведутся некоторые разработки, связанные с компьютерами и искусственным интеллектом.
Но один вопрос по-прежнему остается открытым. Если мы изобретем новые квантовые или ДНК-компьютеры и они возьмутся генерировать для нас уйму данных, как с ней будет разбираться интернет-инфраструктура или наши старомодные биологические мозги? Если мы продолжим удваивать мощность компьютеров каждые полтора года — а некоторые уверены, что для квантовых и ДНК-компьютеров это вполне реально, — то через десять лет компьютеры станут в 100 раз мощнее, чем то, что сейчас есть в нашем распоряжении. Через 25 лет — в 100 000 раз. К тому времени наши данные примутся жить своей жизнью. У нас будет больше машин и алгоритмов, чем разговоров друг с другом, а голову мы станем ломать преимущественно над тем, как втолковать машинам, что это значит — быть человеком.
Больше всего
Закон Мура назван в честь Гордона Мура, одного из соучредителей «Интела» — компании, производящей компьютерные процессоры. В 1965 году он написал пояснительную записку, в которой указал, что количество отдельных элементов в кристалле процессора с 1958-го по 1965 год удваивалось ежегодно, и все продолжится в том же темпе еще как минимум десять лет. Это наблюдение (которое широко цитируют как прогностическое) с тех пор более-менее соответствовало действительности, а число транзисторов, которые можно воткнуть в процессор, удваивается каждые 18-36 месяцев. Однако за последние годы скорость этого развития начинает снижаться — из-за физических ограничений имеющихся материалов.
Мыслящая пробирка
В 1994 году один американский ученый выдвинул идею использования ДНК в эксперименте со сложной математической задачей. Бред? Задумайтесь о собственном теле, которое при помощи биохимических реакций управляет вашим мозгом, придумывающим способы создания биологического компьютера. Наступает 2002 год, и израильские ученые объявляют о создании ДНК-, или биомолекулярного, компьютера на основе химических реакций в жидком растворе — вместо кремниевых чипов и электронов. В результате получилась машина, работающая в 100 000 раз быстрее любого ПК того времени. Более того, их можно делать микроскопическими — триллион таких компьютеров будет размером с каплю воды и, вероятно, сможет в ней и разместиться.