Не только кремний: как ученые с помощью нейронов, химии и квантов создают компьютеры будущего

Классическая вычислительная техника постепенно открывает путь к новым принципам работы компьютеров. Поэтому вместе с телеканалом «Наука» и программой «Что будет, если…» разберем, почему ученые уже сейчас исследуют несколько перспективных направлений, черпая вдохновение в устройстве человеческого мозга, химических процессах и законах физики.

Нейроны, химия, кванты — как ученые ищут замену кремнию. Компьютеры будущего уже в разработке

Источник: Шедеврум

Аналог вместо цифры: эра мемристоров

Транзисторы — это крошечные переключатели, которые есть в каждом современном смартфоне. Они работают как железнодорожный семафор, показывающий только красный или зеленый цвет, но в данном случае — единицы и нули для управления током.

Вдохновившись возможностями человеческого мозга, который потребляет всего двадцать ватт энергии — что меньше мощности обычной лампы накаливания, — инженеры из США в 1970-х годах задумались о создании нейроморфных чипов, однако реализовать их на практике удалось только в 2008 году. И в отличие от цифровых транзисторов, мемристоры являются аналоговыми устройствами и способны запомнить множество значений в рамках одного элемента — количество состояний зависит от настройки и может достигать шестнадцать и более. Благодаря мемристорам и их особой архитектуре можно создавать автономные камеры видеонаблюдения, способные анализировать информацию на месте, а также умные протезы, передающие тактильные ощущения прямо в нервную систему.

Реакция вместо тока: химические компьютеры

А что, если вообще отказаться от электричества? Звучит как что-то невозможное, но химические компьютеры уже существуют в виде смелых научных прототипов в Великобритании, Нидерландах и России. В их основе лежат специальные химические реакции, которые создают волны и колебания, а работают они на жидких реагентах.

Классические компьютеры уступают дорогу. Какие новые принципы работы исследуют ученые

Источник: Heikka Valja / Aalto University

Химические компьютеры могут существовать в экстремальных условиях, например, в местах с высокой радиацией, где обычная электроника просто сгорит. Их применение открывает перспективы в мягкой робототехнике и кроме того, такие системы способны моделировать сложные хаотические процессы, помогая прогнозировать развитие эпидемий или погодных явлений.

Холод вместо тепла: квантовый подход

Если классическая машина последовательно перебирает варианты решений, то квантовая способна обрабатывать множество комбинаций одновременно. В 2019 году в США прототип квантового процессора выполнил за несколько минут расчет, на который у обычного суперкомпьютера ушли бы тысячи лет.

Такие машины смогут создавать новые лекарства, предсказывать биржевые крахи и существенно упростить логистику, строя идеальные маршруты для доставки. Но живут они в огромных холодильниках при температуре близкой к абсолютному нулю и их использование направлено исключительно на решение узкого круга сложных задач.

Переход к новым типам вычислительной техники потребует времени и усилий исследователей, ведь пока мемристоры не нашли идеальный материал, химические компьютеры — остаются лабораторными прототипами, а квантовые системы остро нуждаются в защите от помех. И несмотря на все это, каждое из направлений продолжает уверенно развиваться, и их сочетание вероятно станет ключом к решению тех вопросов, которые сегодня кажутся практически невыполнимыми. Но потом, в будущем, они могут доказать уже известную всем истину: в мире нет ничего невозможного.

Ранее Наука Mail рассказывала о том, как российские физики предложили архитектуру квантового компьютера из тысяч кубитов.