5.15.3. Оптичні комп'ютери

У порівнянні з тим, що обіцяють молекулярні чи біологічні комп'ютери, оптичні ПК можуть видатися не дуже вражаючими. Однак через те, що оптоволокно стало кращим матеріалом для широкополосного зв'язку, усім традиційним кремнієвим пристроям, щоб передати інформацію на відстань декількох миль, приходиться щораз перетворювати електричні сигнали у світлові і назад.

Ці операції можна спростити, якщо замінити електронні компоненти чисто оптичними. Першими стануть оптичними повторювачами і підсилювачами оптоволоконних ліній далекого зв'язку, що дозволять зберігати сигнал у світловій формі при передачі через всі океани і континенти. Згодом і самі комп'ютери перейдуть на оптичну основу, хоча перші моделі, очевидно, будуть являти собою гібриди з застосуванням світла й електрики. Оптичний комп'ютер може бути меншим за електричний, тому що оптоволокно значно тонше (і швидше) у порівнянні з відповіднними по ширині смуги пропущення, електричними провідниками. Власне кажучи, застосування електронних комутаторів обмежує швидкодія мереж приблизно 50 Гбіт/с. Щоб досягти терабітних швидкостей, будуть потрібні оптичні комутатори (уже є дослідні зразки). Це пояснює, чому в телекомунікаціях перемагає оптоволокно: воно дає тисячекратне збільшення пропускної здатності, причому мультиплексирування дозволяє підвищити її ще більше. Інженери пропускають по оптоволокну усе більше і більше короткохвильових світлових променів. Останнім часом для керування ними застосовуються чіпи типу TІ DMD із сотнями тисяч мікродзеркал. Якщо перші трансатлантичні мідні кабелі дозволяли передавати всего 2500 Кбіт/з, то перше покоління оптоволоконних кабелів - уже 280 Мбит/с. Кабель, прокладений зараз, має теоретичну межу пропускної здатності в 10 Гбіт/з на один світловий промінь визначеної довжини хвилі в одному оптичному волокні.

Недавно компанія Quest Communіcatіons проклала оптичний кабель з 96 волокнами (48 з них вона зарезервувала для власних потреб), причому по кожному волокну може пропускатися до восьми світлових променів з різною довжиною хвилі. Можливо, що при подальшому розвитку технології мультиплексирування, число променів збільшиться ще більше, що дозволить розширювати смугу пропущення без заміни кабелю.

Цілком оптичні комп'ютери з'являться через десятиліття, але робота в цьому напрямку йде відразу на декількох фронтах. Наприклад, учені з університету Торонто створили молекули рідких кристалів, що керують світлом у фотонному кристалі на базі кремнію. Вони вважають за можливе створення оптичних ключів і провідників, здатних виконувати усі функції електронних комп'ютерів.

Однак, перш ніж оптичні комп'ютери стануть масовим продуктом, на оптичні компоненти, імовірно, перейде вся система зв'язку - аж до "останньої милі" на ділянці до будинку чи офісу. У найближчі 15 років оптичні комутатори, повторювачі, підсилювачі і кабелі замінять електричні компоненти.

5.15.4. Квантові комп'ютери

Квантовий комп'ютер буде складатися з компонентів субатомного розміру і працювати по принципах квантової механіки. Квантовий світ - дуже дивне місце, у якому об'єкти можуть займати два різних положення одночасно. Але саме ця здатність і відкриває нові можливості.

Наприклад, один квантовий біт може приймати кілька значень одночасно, тобто знаходитися відразу в станах "включено", "виключено" і в перехідному стані. 32 таких біта, названих q-бітами, можуть утворити понад 4 млрд комбінацій - от можливий приклад массово-паралельного комп'ютера. Однак, щоб q-біти працювали в квантовому пристрої, вони повинні взаємодіяти між собою. Поки вченим удалося зв'язати один з одним тільки три електрони.

Уже є кілька діючих квантових компонентів - як запам'ятовуючих, так і логічних. Теоретично квантові комп'ютери можуть складатися з атомів, молекул, атомних чи часток "псевдоатомів". Останній являє собою чотири квантових осередки на кремнієвій підкладці, що утворюють квадрат, причому в кожнім такому осередку може знаходитися по електроні. Коли присутні два електрони, сили відштовхування змушують їх розміщатися по діагоналі. Одна діагональ відповідає логічному "1", а друга - "0". Ряд таких осередків може служити провідником електронів, тому що нові електрони будуть виштовхувати попередні в сусідні осередки. Комп'ютеру, побудованому з таких елементів, не буде потрібна безупинна подача енергії. Один раз занесені в нього електрони більше не залишать систему.

Теоретики затверджують, що комп'ютер, побудований на принципах квантової механіки, буде давати точні відповіді, без можливості помилки. Тому, що в основі квантових обчислень, лежать закони ймовірності, кожен q-біт насправді являє собою і "1", і "0" з різним ступенем ймовірності. У результаті дії цих законів менш ймовірні (неправильні) значення практично виключаються.

Наскільки близько ми підійшли до діючого квантового комп'ютера? Насамперед, необхідно створити елементи провідників, пам'яті і логіки. Крім того, ці прості елементи потрібно змусити взаємодіяти один з одним. Нарешті, потрібно вмонтувати вузли в повноцінні функціональні чіпи і навчитися тиражувати їх. По оцінкам учених, прототипи таких комп'ютерів можуть з'явитися вже в 2005 році, а в 2010-2020 роках повинне початися їх масове виробництво.