Удивительная физика. Магия, из которой состоит мир

Деление против противоречий

Вернемся к задаче, о которой мы говорили в начале этой главы: может ли фракционализация породить фундаментально новый подход к вычислительным технологиям при нашем переходе в мир, лежащий за пределами области действия закона Мура? Мне кажется, что вероятность этого довольно велика. Одно из уже реализованных применений эмерджентных магнитных монополей – это создание искусственных спиновых льдов, матриц из магнитов, длина каждого из которых составляет около тысячной миллиметра. Всюду, где они встречаются, в конфигурации с самой низкой энергией, как и в спиновом льде, два магнита должны быть ориентированы внутрь, а два – наружу. Уже существуют логические элементы, изготовленные на основе искусственных спиновых льдов. Как и спинтроника, вычислительные системы с искусственными спиновыми льдами могут обладать гораздо большей производительностью, чем системы с передачей заряда. Более того, уже было показано, что искусственные спиновые льды способны работать на пределе Ландауэра, то есть с максимальным коэффициентом полезного действия, допускаемым вторым началом термодинамики[90]. Кроме того, спиновые льды привели к уточнению нашего понимания третьего начала. Как мы помним, оно утверждает, что при абсолютном нуле идеальный кристалл должен находиться в идеально упорядоченном состоянии, из чего следует, что с макросостоянием с наименьшей энергией должно быть совместимо одно-единственное микросостояние. Но у спинового льда – как и у льда обычного – есть приблизительно столько же конфигураций с наименьшей энергией, сколько атомов есть в кристалле. Наличие множественных возможных конфигураций с одной и той же энергией и есть беспорядок: множество микросостояний, совместимых с одним и тем же макросостоянием, то есть высокая энтропия. Осознание этого факта привело к необходимости слегка подправить третье начало. В современном понимании оно выглядит так: по мере приближения температуры к абсолютному нулю материя стремится лишь к состоянию постоянного беспорядка, то есть энтропия стремится не к нулю, а к некой постоянной величине; полностью избавляться от беспорядка не обязательно. Заставив ученых разбираться, как такие материалы вообще могут существовать, не нарушая законов термодинамики, спиновые льды дали нам более ясное понимание самих этих законов.

Эмерджентные магнитные монополи в спиновых льдах – и фракционализация в более широком смысле – это одно из возможных заклинаний деления, которые мы можем использовать для отделения идеи компьютеров от их воплощения в полупроводниках. Электронная промышленность началась с квантовой механики, когда исследователи физики конденсированного состояния впервые поняли, как устроены полупроводники, и ею же и закончится: пределы, которых достигают сейчас полупроводниковые технологии, находятся на таком малоразмерном масштабе, что становятся квантовомеханическими по самой своей природе. В таких мелких электронных приборах электроны перестают слушаться и начинают туннелировать из тех мест, в которых они нам нужны.

Но нам нужно попытаться плыть не против течения квантовой механики, а по нему. Использование квантовых эффектов обещает нам вычислительные мощности, которые сейчас невозможно даже вообразить. В этой главе мы говорили о развитии физики конденсированного состояния в XX веке, вплоть до нынешнего ее состояния, и ее ближайшем будущем. Теперь пришло время заглянуть еще дальше вперед – посмотреть на самую крупную отрасль промышленности 2035 года, сейчас еще не существующую.

VII Защитные заклинания

За неимением лучшей аналогии можно сказать, что цикл появления на свет узлоделов похож на реинкарнацию. Для подлинного осмысления этого процесса необходимо хотя бы до некоторой степени понять мировоззрение узлодельческого клана, на которое влияет самая важная, самая мистическая и менее всего сознаваемая посторонними их способность: присущее им точное знание не только прошлого, но и будущего. Ее понимание тесно связано с принципами работы сплетений. Хотя результат вычислений может быть заранее определенным, у ведущего к нему процесса есть бесконечное множество возможных вариантов.

С точки зрения этих островитян, время – не линейная цепочка, соединяющая прошлое с будущим, но переплетающаяся паутина. История не записывается в неизменном виде, но интерактивно создается в уме узлодела по мере динамического чтения сплетения. Если смысл целого письменного текста может измениться из-за кляксы на одном-единственном слове, а одна-единственная оговорка может таким же образом изменить устное предание, то информация [о прошлом и будущем], зашифрованная в сплетении, может измениться только при завязывании или развязывании какого-либо узла…

Добро пожаловать в мир завтрашнего дня!