Na čem sploh temelji trenutna civilizacija? Splošno sprejeto mišljenje je, da na ogljiku, saj so, če ne drugega, fosilna goriva poglavitni vir energije. Tehnološko pa smo že več kot štirideset let popolnoma odvisni od nekega drugega elementa – silicija. Je osnova za vse čipe, ki jih imamo danes, ti pa so povsod, saj je skorajda nemogoče najti napravo, v kateri jih ni. Soustanovitelj Intela Gordon E. Moore je bil v središču takrat nove industrije in na osnovi opazovanja je kot nekakšen jasnovidec leta 1965 oblikoval trditev, ki se je pozneje prelevila v »zakon«. Ta pravi, da se število tranzistorjev na čipu podvoji vsaki dve leti. Za enako ceno dobimo dvakrat zmogljivejši procesor, dvakrat večji pomnilnik ali pa je enako velik dvakrat manjši in ustrezno cenejši. Zakon je osnova za eksponentno rast, ki smo ji bili priča od tedaj. Rast v zmogljivosti, hkrati pa tudi rast industrije in zato osnovo gonilo računalniške revolucije. Povedati je treba, da zakona ne moremo enačiti z naravnimi zakoni. Ti so večni, Moorov zakon pa je prej splošno sprejeto poslovno pravilo, ki mu industrija sledi, a se hkrati tudi zaveda, da bo prej ali slej nehal veljati, saj bo trčil ob fizikalne omejitve. Zakon, ki ga je oblikoval človek, bodo zrušili zakoni matere narave.
Posredno je Moorov zakon razlog, zakaj imamo cenovno in dimenzijsko dostopne pametne telefone. Če tehnologija ne bi napredovala v takšnem tempu, teh še ne bi bilo oziroma bi za seboj morali vleči cizo s strojnim delom telefona. Pa še marsičesa drugega ne bi bilo. Čeprav nismo navdušeni nad 3D-televizijo, tudi te ne bi bilo. Njena načela so nam znana že desetletja, vendar ni bila mogoča, dokler ni bil na voljo dovolj majhen, zmogljiv in cenen videoprocesor. Prav tako ne bi bilo vrste pripomočkov, ki smo jih vajeni in brez katerih bi bilo življenje drugačno. Razvajeni smo in vsako leto pričakujemo več. Pametni telefon s procesorjem, ki ima eno samo jedro, nam ni več dovolj, želimo si štiri jedra, čez dve leti osem in tako najprej. Želimo si večje in cenejše pomnilnike, saj količina podatkov civilizacije prav tako raste eksponentno. Če zakon preneha veljati, se bomo morali spoprijeti s težavami. Morda spet z manjšo gospodarsko krizo? Še vedno bomo namreč ustvarjali podatke, a vse več plačevali za prostor, kjer bodo shranjeni. Zakon pa bo zagotovo prej ali slej nehal veljati, če ne bomo izumili novih tehnologij, ki bodo zamenjale silicijevo. Težava je le v tem, da so vse napovedane tehnologije še daleč od uporabnosti.
Kaku je le eden od uveljavljenih svetovnih znanstvenikov, ki verjame, da smo se že zelo približali naravnim omejitvam silicija. Celotna industrija v tem pogledu spominja na naftno. Znanstveniki že desetletja opozarjajo, da bo nafte nekoč zmanjkalo, a je razvoj alternativ še vedno počasen ali pa celo ustavljen, ker predstavlja grožnjo obstoječim koncernom z veliko finančno in politično močjo. Podobno deluje tudi silicijeva industrija. Ta več denarja vlaga v napredek obstoječe tehnologije kot v razvoj zamenjave zanjo, recimo v molekularno ali kvantno tehnologijo.
Omejitev silicijeve tehnologije je že dlje časa znana. Ko bo plast silicija v čipu debela le še pet atomov, bo ustvarjanje toplote tako intenzivno, torej se bo čip tako grel, da se bo stalil oziroma razpadel. Kvantna mehanika pa ne dovoli, da čip ohrani svojo integriteto, ko doseže določeno velikost (bolje rečeno majhnost). Nastopi Heisenbergovo načelo negotovosti, ko ne vemo več, kje je elektron. Lahko je izven žice, izven procesorja ali v njem. V takih razmerah čip seveda ne more več pravilno delovati, torej je popolnoma neuporaben. Končne omejitve silicijeve tehnologije so določene s fizikalnimi zakoni termodinamike in kvantne mehanike.
Intel in druščina se problema zavedajo, vendar trenutno nimajo druge možnosti, kot da gredo naprej z razvojem obstoječe tehnologije. Zamisel, ki je za nekaj časa podaljšala veljavnost Moorovega zakona, so »tri-gate tranzistorji«. Kaku meni, da bo ta začasna rešitev odprla vrata novim čipom, ki ne bodo izdelani iz silicija in ki bodo nekoč gradili molekularne in kvantne računalnike. Po njegovem mnenju bomo naslednjih deset let izboljševali tehnologijo »tri-gate«, potem pa bo skrajni čas, da preklopimo na molekularne računalnike, morda pa že konec 21. stoletja tudi na kvantne.
Alternative siliciju
Katere pa so alternative »računalniku« iz silicija? Kaku je v videointervjuju omenil več obetajočih tehnologij: proteinski, DNA, optični, kvantni in molekularni računalnik. Sam pravi, da se bo uporabna tehnologija pojavila, ko bo Moorov zakon začel pešati, ko se bo končal razvoj tridimenzionalnih čipov in ko bodo izčrpane tudi možnosti vzporednega procesiranja.
Prva tehnologija tako imenovane postsilicijeve dobe bi lahko bil molekularni računalnik. Teorija zanj je znana že danes. V tem računalniku bodo tranzistorje zamenjale molekule, oblikovane kot »ventili«. Molekula opravlja nalogo stikala, ki jo danes opravlja tranzistor. Molekule nam bodo omogočile procesiranje (izračunavanje) na ravni atomov. Ravno majhnost molekul je danes še nepremostljiva ovira, zaradi katere molekularnih računalnikov še ni.
Še »nižje« pa bo šlo kvantno računalništvo, za katerega ocenjujejo, da bo omogočilo gradnjo ultimativnega računalnika in računanje na ravni delcev, manjših od atoma. V današnjem računalniku ima lahko bit vrednost »1« ali »0«, v kvantnem računalniku pa bo imel lahko obe vrednosti hkrati, kar bo omogočilo izredno hitro računanje. Je pa do kvantnega računalnika še dolga pot, predvsem pa veliko težav, ki jih morajo najprej rešiti.
Moj mikro, Junij 2012
