Квантовые компьютеры
Квантовый компьютер будет состоять из компонентов субатомного
размера и работать по принципам квантовой механики. Квантовый мир -
очень странное место, в котором объекты могут занимать два разных
положения одновременно. Но именно эта странность и открывает новые
возможности.
Например, один квантовый бит может принимать несколько значений
одновременно, то есть находиться сразу в состояниях "включено",
"выключено" и в переходном состоянии. 32 таких бита, называемых
q-битами, могут образовать свыше 4 млрд комбинаций - вот истинный
пример массово-паралельного компьютера. Однако, чтобы q-биты
работали в квантовом устройстве, они должны взаимодействовать между
собой. Пока ученым удалось связать друг с другом только три
электрона.
Уже есть несколько действующих квантовых компонентов - как
запоминающих, так и логических. Теоретически квантовые компьютеры
могут состоять из атомов, молекул, атомных частиц или
"псевдоатомов". Последний представляет собой четыре квантовых ячейки
на кремниевой подложке, образующих квадрат, причем в каждой такой
ячейке может находиться по электрону. Когда присутствуют два
электрона, силы отталкивания заставляют их размещаться по диагонали.
Одна диагональ соответствует логической "1", а вторая - "0". Ряд
таких ячеек может служить проводником электронов, так как новые
электроны будут выталкивать предыдущие в соседние ячейки.
Компьютеру, построенному из таких элементов, не потребуется
непрерывная подача энергии. Однажды занесенные в него электроны
больше не покинут систему.
Теоретики утверждают, что компьютер, построенный на принципах
квантовой механики, будет давать точные ответы, исключая возможность
ошибки. Так как в основе квантовых вычислений лежат вероятностные
законы, каждый q-бит на самом деле представляет собой и "1", и "0" с
разной степенью вероятности. В результате действия этих законов
менее вероятные (неправильные) значения практически исключаются.
Насколько близко мы подошли к действующему квантовому компьютеру?
Прежде всего необходимо создать элементы проводников, памяти и
логики. Кроме того, эти простые элементы нужно заставить
взаимодействовать друг с другом. Наконец, нужно встроить узлы в
полноценные функциональные чипы и научиться тиражировать их. По
оценкам ученных, прототипы таких компьютеров могут появиться уже в
2005 году, а в 2010-2020 годах должно начаться их массовое
производство.
Недавно компания Hewlett-Packard объявила о первых успехах в изготовлении компонентов, из которых могут быть построены мощные молекулярные компьютеры.
Ученые из HP и Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе (UCLA) объявили о том, что им удалось заставить молекулы ротаксана переходить из одного состояния в другое - по существу, это означает создание молекулярного элемента памяти.
Применение в вычислительной технике биологических материалов позволит со временем уменьшить компьютеры до размеров живой клетки.
Пока эта чашка Петри, наполненная спиралями ДНК, или нейроны, взятые у пиявки и подсоединенные к электрическим проводам.
По существу, наши собственные клетки - это не что иное, как биомашины молекулярного размера, а примером биокомпьютера, конечно, служит наш мозг.
По сравнению с тем, что обещают молекулярные или биологические компьютеры, оптические ПК могут показаться не очень впечатляющими.
Однако ввиду того, что оптоволокно стало предпочтительным материалом для широкополосной связи, всем традиционным кремниевым устройствам, чтобы передать информацию на расстояние нескольких миль, приходится каждый раз преобразовывать электрические сигналы в световые и обратно.