Еще в конце 1960-х годов основатель компании Intel Гордон Мур заметил интересную закономерность. В 1958 году два транзистора были соединены в интегральную схему на кристалле кремния, так появился первый кремниевый чип. С тех пор, как отметил Мур, количество транзисторов, помещающихся в одном чипе, удваивается каждый год. Поэтому электронные устройства каждый год уменьшаются в соответствии с законом Мура.
В последнее время темп миниатюризации снизился, и количество транзисторов удваивается каждые два года. Но все же мы смогли создать «умные» устройства, которыми сейчас пользуемся, – планшеты и телефоны, – обладающие вычислительной мощью суперкомпьютеров недавнего прошлого. Каждый раз, когда кто-то утверждает, что миниатюризация достигла своего предела, проектировщики компьютеров умудряются вместить их в еще меньший объем. Вопрос в том, сколько еще мы сможем их уменьшать и зачем нам нужно что-то еще меньшее.
Кажется, что мы действительно достигли предела возможностей обычных транзисторов. Они уже уменьшились до наноразмеров – миллиардных долей метра (размер вирусов). Дальше могут возникнуть проблемы. Транзисторы работают как вентили, включающие и выключающие поток электронов. Они сделаны из полупроводников, которые способны пропускать электроны или блокировать их. Но когда размер барьера уменьшается до нанометров, начинают проявляться квантовые эффекты. В частности, возникает туннельный эффект. Он заключается в том, что электрон проходит сквозь барьер так, будто бы его нет. (На самом деле он не проходит, а исчезает с одной стороны барьера и появляется с другой.) Если вентили не в состоянии преградить путь потоку электронов из-за туннельного эффекта, транзисторы просто не могут работать. Сейчас самые маленькие транзисторы имеют размер около 30 нм, так что этот предел скоро будет достигнут.
Транзисторы представляют собой логические элементы, от которых зависят вычисления: «да/нет», «и/или», 0/1. Если транзисторы достигнут своего предела, можно ли будет построить логику на альтернативных элементах, устойчивых к проявлению квантовых эффектов? Именно над этим вопросом работает команда проекта Pico-Inside и другие исследователи.
Вместо того чтобы пытаться впихнуть как можно больше вычислительной мощности в минимальный объем, они начали с противоположной стороны и создали компьютер из атомов, чтобы использовать преимущества квантовых эффектов, а не устранить их. При постройке компьютера они применяли атомные силовые микроскопы, с помощью которых помещали атомы в нужное место. На данный момент, кроме логического элемента из 30 атомов, ученым удалось собрать из атомов шестеренки, колеса и даже двигатели, каждый из которых представляет собой одну молекулу. До того, чтобы собрать полностью рабочий компьютер, еще далеко, но возможность этого очевидна.
