Куда идти?
В будущее ведет множество дорог, причем идут они в разных направлениях, поэтому с уверенностью говорить о том, что будет через сто или даже пятьдесят лет, не представляется возможным. Впрочем, некоторые общие наметки сделать можно.
Во-первых, с развитием технологии меняется природа взаимодействия между людьми: если раньше это были устное общение и письма, телефон и телеграф, то сегодня к нашим услугам огромный коммуникационный потенциал Интернета. Во-вторых, человеческому мозгу приходится обрабатывать все больше и больше информации. И, наконец, за счет технологии заметно расширяется спектр человеческих возможностей.
По прогнозу Гордона Мура, соучредителя компании Intel, в ближайшие годы размер обычного транзистора будет не больше 4-5 атомов. Таким образом, дальнейшая миниатюризация станет невозможна. Так называемый «закон Мура» утверждает, что плотность транзисторов в микросхеме каждые полтора года возрастает вдвое. Показательно, что последние 20 лет этот закон выполняется. Если же в ближайшее время тенденция нарушится (что вполне вероятно, учитывая вышеописанную проблему с миниатюризацией), нас может ожидать резкое прекращение развития ЭВМ. Или, напротив, прогресс пойдет другим путем, и вычислительная мощность компьютеров многократно возрастет в течение короткого времени.
«Другие пути» - это технологии, которые ранее в электронике не использовались, например, атомные технологии, использование в электронно-вычислительных машинах элементов биологического происхождения, применение элементарных частиц, фотонные, трехмерные и квантовые технологии. Успех хотя бы в одной из этих областей будет означать новую эпоху в развитии вычислительной техники. Если же все будет совсем хорошо, и появятся мощные компьютеры, основанные на разных технологиях, они, вероятно, станут специализированными и будут применяться каждый в своей сфере. К примеру, оптимальной областью применения фотонных компьютеров станут телекоммуникации, а квантовых – обработка и шифрование данных.
В настоящее время промышленность не может поставить на поток производство аппаратуры, основанной на вышеперечисленных технологиях. Тем не менее, то, что рано или поздно эта проблема будет решена, не вызывает сомнений. Казавшиеся сначала неоправданно дорогими системы связи и вещания, например, телефон и телевидение, постепенно стали массово изготавливаться и использоваться за счет значительного удешевления производства. То же можно сказать и о более современных системах, например, оптоволоконной связи.
Большой популярностью пользуется идея о постепенном слиянии вычислительных систем и живых организмов. Биотехнологии позволят начать широкое производство имплантатов с компьютерными функциями, мыслящих машин и распространенных в научной фантастике киборгов – полулюдей-полуроботов. Поскольку, по прогнозам ученых, в ближайшее время вычислительная мощность обычных компьютеров может превысить мощность человеческого мозга, усиление возможностей человека при помощи имплантатов может стать вполне актуальным.
Конечно, все это – лишь спекуляции, и они мало что значат без конкретных прорывов в науке, исследований, опытных образцов и т.п. Таковые, правда, уже существуют, и могут стать первым шагом в направлении нового технологического скачка.
По словам астрофизика Стивена Хокинга, с дальнейшим развитием технологии неизбежно и изменение самих людей: ДНК, образа жизни и самой их природы.
Квантовые компьютеры
Квантовая механика работает с частицами, которые значительно меньше атомов – именно из них и будут состоять элементы квантовых компьютеров.
Теория квантов предполагает, что частицы могут иметь сразу несколько различных состояний (за счет того, что все законы срабатывают не постоянно, а с определенной вероятностью).
Таким образом, один бит будет хранить не одно значение (0 или 1), а целых три одновременно: 0, 1 и нечто среднее. Если взять хотя бы 4 таких квантовых байта (32 бита), количество возможных комбинаций значений, которые они смогут одновременно содержать, превысит 4 миллиарда. Впрочем, пока что ученым не удалось создать достаточно устойчивую квантовую структуру.
На данный момент существует лишь несколько отдельных запоминающих и логических элементов такой структуры. В будущем предполагается создать цепи из ячеек, представляющих собой специальные атомы или молекулы, предназначенные для «сбора» электронов. Такие цепи могут работать как проводники сигналов: электроны попадают в молекулу, и выталкивают другие электроны, которые уже там находились, к следующей молекуле – так и передается сигнал. Такой памяти даже не нужна электроэнергия для работы!
Однако чтобы создать подобную систему, все еще нужно решить проблему объединения элементов в устойчивую структуру, а затем необходимо обеспечить стабильное взаимодействие между ними. Наконец, финальным этапом станет налаживание массового производства квантовых компьютеров. По прогнозам некоторых ученых, это может произойти в ближайшее десятилетие.
Оптические компьютеры
Это логическое продолжение оптических систем связи.
В настоящее время оптоволокно применяется все чаще и чаще, и, похоже, скоро будет использоваться везде. Чтобы оптический сигнал, полученный по проводам, не приходилось постоянно преобразовывать в электрический и наоборот, ученые начали разработки компьютеров, основанных на фотонных технологиях.
До каких-либо практических результатов на этом фронте еще далеко, но некоторые наработки уже существуют. Так, канадские специалисты создали жидкие кристаллы, способные управлять потоками фотонов в кристалле на базе кремния. По их мнению, разработка на этой основе электронных реле, проводников и микросхем вполне реальна.
Тем не менее, все это пока в будущем. Сегодня оптика, как уже говорилось, в основном используется в системах связи и медленно, но верно заменяет электрические провода.
Биокомпьютеры
Данная технология проводит параллели, называющие живую клетку биологической машиной, а человеческий мозг - биокомпьютером.
На этом и основываются разработки, которых, правда, пока довольно мало. В качестве примера можно привести подключенные к электрическим проводам живые нейроны: ничего более выдающегося биотехнологии пока не в состоянии представить.
Ученые Вейцмановского института естественных наук сконструировали модель биологического компьютера из пластмассы. Высота модели составила 30 см. По словам исследователей, настоящий биокомпьютер такой структуры не превышал бы размерами 0,000025 мм – такова величина одного из компонентов живой клетки.
Упомянутый выше опыт с нейронами, подсоединенными к проводам, позволил выявить следующую особенность: под воздействием электрических сигналов нейроны способны перестраиваться и образовывать новые взаимосвязи. Это позволяет предположить, что биокомпьютеры будут способны не только считать по заранее заданным программам, но и меняться в зависимости от внешних воздействий, то есть – учиться. Этот принцип планируется использовать при создании мозга роботов.
Молекулярные компьютеры
Последние опыты калифорнийских исследователей в сфере молекулярных компьютерных технологий показывают: заставить молекулу переходить из одного состояния в другое – возможно.
Фактически ученые создали бит памяти, представляющий собой молекулу ротаксана – вещества, специально разработанного для конструирования на ее основе запоминающих устройств и наномашин.
Следующий этап разработок – создание логических элементов И, НЕ и ИЛИ. Если это удастся, молекулярный компьютер вполне оправдает свое название, так как будет представлять собой три слоя молекул: слой проводников, слой ротаксана и еще один слой проводников – противоположно направленных. Сама структура элементов (ячеек памяти и логических реле) формируется электронным способом. Ученые прогнозируют, что такой компьютер будет экономичнее современных в 100 миллиардов раз, так как он гораздо меньше по размерам.
Если сама структура подобного микропроцессора и не нова (современные схемы на основе кремния имеют аналогичное построение), то метод ее исполнения, а особенно миниатюрные размеры и, как следствие, существенно сниженные энергозатраты позволят сильно расширить область применения компьютеров. Сверхмощный процессор размером с пылинку можно поместить куда угодно. Если же научиться строить не только плоские, но и трехмерные вычислительные схемы, их возможности увеличатся еще больше.
В ближайшие десятилетия возможно не только появление подобных микроскопических компьютеров, но и запуск их в серийное производство, что автоматически означает быстрый рост сферы их применения.
Так куда мы идем?
Прогнозируемые изменения в технологиях вычислительных систем можно сравнить с физическим термином «квантовый скачок», который означает, что в квантовой механике нет эволюций – только революции.
То же можно ожидать и от компьютерных технологий в первой половине XXI века.
Современные ЭВМ уменьшатся в размерах, станут дешевле в производстве, а эффективность их, наоборот, увеличится. Поскольку область применения компьютеров от этого только расширится, в скором будущем, мы, возможно, увидим «умные» бутылки пива, умеющие измерять собственную температуру и автоматически регистрироваться в базе данных не менее «умного» холодильника.
Интернет еще глубже проникнет в жизнь каждого человека и будет постоянно снабжать его необходимой информацией. Уже сегодня беспроводные технологии позволяют сравнительно недорого и эффективно пользоваться Интернетом с помощью мобильного телефона. За счет увеличения емкости информационных носителей количество данных в Сети будет расти в геометрической прогрессии: таким образом, можно будет, например, записать на флэшку полную цифровую копию человека и отправить ее кому-нибудь на почту. Все это будет способствовать постепенному слиянию реального и виртуального миров.
Прогресс биоразработок приведет к тому, что на рынке появятся электронные устройства, способные подключаться непосредственно к центральной нервной системе человека. Также станут распространены наноустройства – микроскопические механизмы и компьютеры. Электроника сможет заменять поврежденные или старые органы, ткани и клетки, что не только будет способствовать продлению человеческой жизни, но и позволит лучше понять и даже контролировать сами феномены жизни, сознания и т.п.
Сейчас все вышеперечисленное кажется цитатами из научно-фантастических произведений. Однако технология постоянно движется вперед, и человеку рано или поздно придется приспосабливаться к ней, как и к другим изменениям окружающего мира. Что прогресс означает для людей как биологического вида? Поживем – увидим.