Из какого сора

Любопытному до всего нового человечеству уже не хватает мощностей, которые предоставляют классические вычислительные машины. Впереди маячит кризис места на микросхеме, неизвестно, как охлаждать перегревающиеся процессоры. Пока одни ученые совершенствуют существующие электронные устройства, другие пытаются идти принципиально иными путями.

Перед читателем сейчас, скорее всего, находится классический компьютер – вычислительное устройство, которое выполняет поставленные задачи с помощью движения электронов. Выполняет быстро и хорошо, но ведь никогда не помешает еще быстрее и лучше.

Множество ученых и инженеров постоянно совершенствуют одно из самых важных изобретений двадцатого века: уменьшают транзисторы, делают транзисторы из других материалов, пытаются как можно эффективнее отвести от процессора выделяющееся тепло.

Некоторые же идут совсем другим путем, пытаясь использовать иную физическую реализацию. Некогда электронные компьютеры полностью вытеснили механические. Теперь же разрабатываются компьютеры, в которых для переноса, хранения и обработки информации не будут использоваться электроны. Помимо знаменитых квантовых компьютеров, среди таких разработок...

...биологический компьютер,

который использует в качестве вычислительных элементов живые организмы или какие-либо части живых организмов – как правило, те, что отвечают за наследование информации.

Совсем недавно такой компьютер научился решать известную задачу о сортировке блинов. Расставлять в нужном порядке блины (представленные фрагментами ДНК) пришлось трансгенным бактериям кишечной палочки. У микробов был мощный стимул: только сумев правильно расставить фрагменты за минимальное число шагов, они успевали приобрести устойчивость к убивавшему их антибиотику.

Первый ДНК-компьютер (умевший находить в ориентированном графе путь, который проходит через каждую вершину ровно один раз) создал в 1994 году Леонард Адлеман (один из изобретателей криптосистемы RSA). С тех пор ряд исследователей, соблазнившихся возможностью реализовать с помощью пары миллиардов бактерий, самостоятельно выполняющих необходимые операции, быстрые параллельные вычисления, создал еще несколько подобных компьютеров. Один из самых известных – компьютер MAYA II, который умеет играть в крестики-нолики (на поле три на три). Над ходом он может думать до тридцати минут, но зато никогда не проигрывает.

...фононный компьютер,

в котором носителем информации является тепло – тот самый вид энергии, который представляет серьезную проблему в классических компьютерах. Фононы – это квазичастицы, представляющие собой квант колебаний атомов твердого тела. С их помощью удобно описывать, в частности, передачу тепла.

Для питания фононного компьютера, возможно, как раз и пригодится остаточное тепло, отводимое от классического компьютера или любого другого устройства.

Тепловой компьютер пока не создан. Над ним активно работает группа сингапурских ученых под руководством Баовэня Ли, однако на данный момент самым крупным их достижением является создание логических вентилей NOT (отрицание) и AND/OR (нестрогое ‘или’).

...оптический компьютер,

который использует не электричество, а свет, не электроны, а фотоны. Потенциальных достоинств у такого компьютера очень много: скорость распространения сигнала будет не ниже, чем у классических; потери, возможно, меньше; сигнал устойчив к влиянию электромагнитных полей; можно использовать для передачи информации несколько параллельных каналов без риска нежелательного взаимодействия или коротких замыканий.

Тем не менее, на практике пока что применяются в основном не полностью оптические компьютеры, а элементы оптических систем, интегрированные в классические электронные устройства. Разработкой оптических устройств занимаются многочисленные группы по всему миру, IBM надеется за счет света частично избавиться от проводов в суперкомпьютерах, а на Седьмой международной конференции по нетрадиционной вычислительной технике, которая состоится в Вене в августе 2008 года, оптическим компьютерам будет посвящен отдельный семинар.

...гидравлический и пневматический компьютеры,

которые используют для производства логических операций, соответственно, воду и воздух, проходящие по специальным каналам. Из гидравлических компьютеров известность получил аналоговый MONIAC, созданный в 1949 году для моделирования экономических процессов в Великобритании. Разработка пневматического компьютера практически остановилась на создании логических элементов и элементов памяти.

...химический компьютер,

который пока существует только в проекте. Данные в нем представляются концентрациями химических веществ, а для обработки их используются, разумеется, химические реакции, в частности реакция Белоусова-Жаботинского.

...спинтронный компьютер,

который, вообще говоря, тоже работает (будет работать) на электронах и тоже заслуживает названия "квантовый", поскольку использует квантовые эффекты. Между тем, основным носителем информации является не заряд, как в обычных компьютерах, а особая квантовая характеристика электрона – спин.

В спинтронике можно менять спины электронов, не затрачивая энергию на перенос самих частиц (как в электронике). Это, а также способность спинтронных элементов памяти сохранять данные даже при отключенном питании, дает многим исследователям основания всерьез полагать, что в будущем спинтроника окажется более быстрым, дешевым и надежным способом обработки информации.

Ждем?

Будут ли когда-нибудь биологические, пневматические, оптические, фононные, химические, квантовые или еще какие-нибудь компьютеры доступны рядовому пользователю? Найдут ли хоть какое-нибудь практическое применение? Вообще, выберутся ли эти идеи из лабораторий?

Пока что не собираются. Но не будем забывать, что путь от антикиферского механизма и подобных ему, необычного поведения шерсти при трении о янтарь и странной алгебры Джорджа Буля до того чуда техники, которое сейчас уже никого не удивляет, тоже нельзя назвать коротким.