Компьютеры без железа

Железом на жаргоне айтишников называется аппаратное обеспечение, то есть электронные и механические части вычислительного устройства. Если не все железо, то по крайней мере та его часть, которая ответственна за память и непосредственно за сами вычисления, в будущем может стать лишь вспомогательной системой или вообще отмереть за ненадобностью. Сразу два новых вида компьютеров, пока только разрабатываемых, обещают вытеснить нынешнюю вычислительную технику, основывающуюся на передаче электронов через полупроводниковые каналы. Один из новых видов использует вместо электронных систем оптические. Второй — заменяет базовый принцип вычислений с классического на квантовый.

Разработка оптических компьютеров ведется с 1990-х годов в ряде стран. В 2013 году исследователи из Венского университета объявили о планах выпустить первый оптический процессор уже к концу текущего десятилетия. Свою уверенность они обосновали изобретенным ими фотонным транзистором, который использует вместо электрических импульсов свет. "Компоненты современных компьютеров, в которых информация передается только под влиянием электрического тока, практически достигли критической отметки развития. Замена тока светом даст множество новых возможностей и обеспечит большой рывок вперед", — пообещали австрийские ученые.

В мае 2015 года о новом прорыве в этом направлении объявили специалисты из Университета Юты (США). Они разработали ультракомпактные светоделители, которые создают лучи в 50 раз тоньше человеческого волоса. Благодаря сверхмалым размерам на одном компьютерном чипе могут поместиться миллионы таких светоделителей. Это открывает перспективы создания оптических суперкомпьютеров, которые будут обрабатывать данные в тысячи раз быстрее, чем способны их нынешние аналоги.

"С практической точки зрения свет является самым быстрым средством для передачи информации, — объясняет в своей статье в журнале Nature Phototronics профессор компьютерной инженерии Раджеш Менон. — Однако для передачи информации, например, на ваш ноутбук свет нужно каким-то образом трансформировать в электроны. В противном случае машина не поймет, что вы от нее хотите. И в этом как раз заключается основная проблема. При такой трансформации передача информации будет происходить медленнее. Нашей же задачей является провернуть весь процесс передачи исключительно за счет света".

Профессор Менон считает, что разработанная его группой технология уже в течение трех-четырех лет сможет быть адаптирована к использованию в суперкомпьютерах, предназначенных для обработки огромного количества информации.

А в перспективе должны быть созданы ориентированные на массового потребителя смартфоны и планшеты, которые будут не только мощнее, но и гораздо экономичнее нынешних персональных компьютеров.

Более далекие во времени, но и более фундаментальные изменения в компьютерной архитектуре обещают исследователи, бьющиеся над осуществлением идеи квантовых вычислений. Эта революционная идея была выдвинута еще в начале 1980-х годов, но для ее реализации необходимо решить очень сложные технические проблемы.

Квантовый компьютер способен решать задачи, неподвластные обычному компьютеру. Например, смоделировать взаимодействие молекул на квантовом уровне, что резко облегчило бы разработку новых лекарств, или взломать любой из самых сложных шифров. В начале 2014 года газета Washington Post сообщила, что над созданием квантового компьютера для взлома современных систем шифрования работает Агентство национальной безопасности США.

В апреле 2015 года специалисты IBM объявили, что решили одну из крупнейших проблем на пути реализации квантовых вычислений: разработали эффективный способ, как выявлять и исправлять ошибки и при этом не разрушать информацию.

Руководитель группы Experimental Quantum Computing при IBM Джерри Чоу уверяет: "Многие из оставшихся проблем будут решены в ближайшие несколько лет".

Словно чтобы подтвердить его уверенность, айтишники из английской компании CQCL (Cambridge Quantum Computing Ltd) уже разработали для квантового компьютера операционную систему под названием t|ket>. "Создание t|ket> является важным этапом развития квантовых вычислений, которые станут реальностью гораздо раньше, чем предполагалось, — говорится в сообщении компании. — Они будут иметь большие и далеко идущие последствия для человека, охватывая множество аспектов нашей повседневной деятельности".

Таким образом, предсказания грядущего конца развития компьютеров если и сбудутся, то не при нашей жизни. Вычислительная техника, уткнувшись в предел, будет переходить с одной технологии на другую, более высокую, как это уже многократно делали транспорт и энергетика, из раза в раз опровергая прогнозы о неизбежном тупике и стагнации.

Фото: EPFL/Fabrizio Carbone