(Продолжение. Начало в №7)

I. Предыстория

5. 1982 год ознаменовался еще одним событием, которое, не имея прямого отношения к развитию квантовой информатики, тем не менее, косвенно все же оказалось своеобразным стимулом для последующего принятия идеи квантового компьютера. Ведь в этом году появились персональные компьютеры на основе 286-х микропроцессоров. Это событие явилось предвестием не только скорой всеобщей компьютеризации, но и того, что дальнейшая микроминиатюризация, подчиняясь "закону Мура", неминуемо достигнет пределов, когда придется считаться со странностями квантового мира.

"Закон Мура" был сформулирован одним из будущих основателей корпорации Intel Гордоном Муром (Gordon E. Moore) в апреле 1965 года в статье для журнала "Electronics". В этой статье еще совсем молодой ученый, характеризуя положение дел в микроэлектронной промышленности, подметил любопытную закономерность: число элементов микросхем с наименьшей удельной стоимостью удваивается примерно каждый год. А ведь тогда прошло всего лет шесть с момента создания первой интегральной микросхемы, а в самой сложной микросхеме компании Fairchild было всего 64 транзистора. Тем не менее, подмеченная закономерность почти строго действовала ближайшие 10 лет. Затем закон претерпел несколько корректировок и теперь принято считать, что удвоение элементов микрочипов происходит, в среднем, каждые 18 месяцев.

Экстраполяция "закона Мура" на ближайшее будущее приводит к неминуемому выводу, что уже примерно к 2020-му году размеры элементов чипов (в частности, транзисторов) достигнут атомарных порядков, и дальнейшая микроминиатюризация в обычном смысле станет невозможной.

Но важно отметить, что уже в том же 1959 году, когда Джек Килби и Роберт Нойс получили патенты на разработанные ими прототипы интегральных микросхем, Ричард Фейнман выступил на ежегодном собрании Американского физического общества в Калифорнийском технологическом институте с докладом "Внизу полным-полно места: приглашение в новый мир физики" ("There's Plenty of Room at the Bottom: An Invitation to Enter a New Field of Physics", опубликован в 1960-м году в февральском выпуске журнала "Engineering and Science")¹. Этот доклад часто рассматривают как программный для становления и развития совершенно новой области человеческой деятельности, которая позднее была названа нанотехнологиями.

Фейнман прямо ставит вопрос о том, какие перспективы открываются перед наукой и технологией в связи с еще только наметившимся в то время процессом прогрессивной микроминиатюризации. И это тогда, когда прошло всего 12 лет с момента изобретения транзистора (1947), а вычислительные машины представляли собой целые инженерно-технические комплексы. Но Фейнман уверен и хочет уверить аудиторию (прежде всего молодежь), что "внизу", т.е. на атомно-молекулярном уровне, существует поразительный мир, в котором человеку придется научиться работать. И даже предсказывает: "Году в 2000-м, когда люди посмотрят на наше время, они удивятся, почему до 1960-го года никто серьезно не стал продвигаться в этом направлении".

Значительное место в докладе было уделено возможному влиянию микроминиатюризации на развитие вычислительной техники. Так, сопоставив возможности существовавших в то время компьютеров и человеческого мозга в решении задач распознавания образов, Фейнман замечает: "И вот, этот маленький компьютер, который я ношу в своей голове, легко справляется с этой задачей. Компьютеры, которые мы строим, не могут этого сделать. Число элементов в моей черепной коробке неизмеримо больше числа элементов в наших "замечательных" компьютерах. Но наши механические компьютеры слишком велики; а элементы в черепной коробке микроскопичны. Хотелось бы сделать что-то с субмикроскопическими элементами". Но если микроскопические элементы нашего мозга - это нервные клетки и образующие их довольно крупные биомолекулы, то акцентированная Фейнманом приставка "суб-" явно подразумевает атомный и субатомный уровни.

И Фейнман, исходя из уровня технологии своего времени, предлагает даже некоторые способы манипулирования атомами и молекулами для конструирования совершенно новых типов устройств, в частности, с помощью электронных микроскопов. Однако реальные очертания эти идеи стали приобретать к началу 80-х, прежде всего в связи с изобретением специалистами из IBM Гердом Биннигом и Гейнрихом Рорером в 1981-м году сканирующего туннельного микроскопа, отмеченного уже в 1986 г. Нобелевской премией.

В том же 1986 г. вышла в свет и нашумевшая книга Эрика Дрекслера (e-drexler.com) "Машины созидания: Грядущая эра нанотехнологии"², где была обрисована впечатляющая перспектива манипулирования микрообъектами в наномасштабах и те выгоды, которые получит от этого человечество. Считается, что в этой и ряде других работ этого времени Дрекслер и предложил сам термин нанотехнологии. Хотя, видимо, правильнее будет сказать, что своей книгой Дрекслер сделал этот термин популярным и позднее общепринятым. Сам же термин "нанотехнология" был предложен еще в 1974 г. профессором Токийского научного университета Норио Танигучи (Norio Taniguchi) именно для описания сверхточного конструирования материалов в нанометровых масштабах.

В последующие годы еще четыре работы, имеющие ключевое значение для развития нанотехнологий, были отмечены Нобелевской премией: в 1989 г. - Ханса Демелта и Вольфганга Пауля "За разработку метода удержания одиночных ионов", в 1992 г. - Жоржа Шарпака "За открытие и создание детектеров частиц, в частности многопроволочной пропорциональной камеры", в 1994 г. - Бертрама Брокхауза "За создание нейтронной спектроскопии" и Клиффорда Шалла "За создание метода нейтронной дифракции", в 1997 г. - Стивена Чу, Клода Коэн-Таннуджи и Уильяма Филипса "За создание методов охлаждения и улавливания атомов лазерным лучом".

Но в 1959-м году этого ничего еще не было. Тем более можно удивляться провидческому дару Ричарда Фейнмана. По большому счету, идею квантового компьютера он мог бы предложить уже тогда. Ведь, обсуждая задачу манипулирования атомами, в том числе в перспективе создания субмикроскопических цепей, он особо отметил, что "когда мы попадаем в мир очень, очень маленьких объектов..., мы сталкиваемся с очень многими новыми вещами, открывающими совершенно новые возможности для конструирования. В этом мире атомы ведут себя совсем не так, как объекты макромира, поскольку они подчиняются законам квантовой механики. Так что, углубляясь в мир атомов, мы будем иметь дело с другими законами и можем надеяться на создание чего-то весьма отличного. Мы сможем конструировать совсем иначе. Мы сможем использовать не просто электрические цепи, но и некоторые системы, в которых задействованы квантованные уровни энергии или взаимодействия квантовых спинов...".

Наверное, эти идеи тогда и самому Фейнману казались слишком смелыми, что потребовалось почти 12 лет, прежде чем он сам был готов озвучить идею квантового вычисляющего устройства, т.е. квантового компьютера.

(Продолжение следует)

Сергей САНЬКО

1 Текст доклада можно найти на www.zyvex.com/nanotech/feynman.html. Сокращенный русский перевод был опубликован в "Российском химическом журнале" (2002. Т. XLVI. № 5. С. 4-6) и доступен по адресу www.chem.msu.su/rus/jvho/2002-5/welcome.html.

2 Книга доступна в оригинале и в переводах (в том числе и на русский язык) на www.e-drexler.com/d/06/00/EOC/EOC_Cover.html.