Цифровой журнал «Компьютерра» 2010 № 28 - [30]

Ещё одно важное применение — расшифровка протеома человека.

Сначала считалось, что расшифровка генома даст ключ к болезням человека, но потом выяснилось, что организм функционирует гораздо сложнее. У человека примерно 40 тысяч генов и 4 миллиона белков, гены вырабатывают белки, и именно взаимодействие белков определяет, здоров человек или нет.

То есть теперь надо ещё и белки изучать. Есть белки с очень высокими концентрациями, а есть с очень низкими, 10^-16 Моль/л, например, и это даже меньше, чем чувствительность нашего прибора сегодня, но мы работаем и надеемся, что и до этих белков тоже сможем добраться. Так что регулировать жизнедеятельность организма с помощью кремниевых транзисторных систем — это уже реальность. И кремний остается хорошим материалом, на котором можно сделать много полезных для человека вещей.

- Приблизился ли кто-то больше других к созданию квантового компьютера?

- Группы Йорга Враштруба из университета Штутгарда и Михаила Лукина из Гарвардского университета наиболее продвинулись в твердотельном варианте. Отдельные квантовые операции они демонстрируют уже при комнатной температуре. Конкуренция очень большая, поэтому к квантовому компьютеру на основе кремния я отношусь с большим скептицизмом, так как, несмотря на хорошие технологии на кремнии, достоинства широкозонных материалов типа алмаза или карбида кремния существенно выше. Плюсом является и то, что они работают при комнатной температуре, не надо городить большой рефрижератор для криогенных температур.

- Но с другой стороны — цена.

- Да, но я не думаю, что сейчас есть необходимость в большом количестве квантовых компьютеров, если на каждого человека уже приходится 10 миллиардов кремниевых полевых транзисторов. Ими можно распорядиться грамотно, такого количества транзисторов, например, достаточно для того, чтобы создать эмулятор человеческого мозга.

Говорить о том, что такой компьютер обладал бы разумом, наверное, неаккуратно, но то, что он способен принимать решения по тем же принципам, по которым это делает человеческий мозг, вполне корректно. В этом направлении работают. Существует определенный класс задач, где действительно без квантовых вычислений не обойтись.

Там такие вещи нужны и востребованы, а всё остальное будет, скорее всего, на основе кремния. То, что IBM очень успешно продвигается, это видно. Есть «злой» теоретик Масимо Фишети из Италии, он утверждает, что все новые разработки транзисторов нужны только для того, чтобы получать деньги от инвесторов, и что на самом деле для решения задач, которые сейчас стоят перед человеком, можно обойтись кремниевой технологией. Но это крайняя точка зрения. Ясно, что прогресс нельзя остановить, и что человек в конце концов найдёт какие-то новые решения. Будет ли это квантовый компьютер на алмазе, или на чем-то другом, пока неясно.

Например, в нашем институте д.ф.-м.н. И. И. Рябцев со своей лабораторией нелинейных резонансных процессов и лазерной диагностики разрабатывает квантовые электромагнитные системы на основе ультрахолодных ридберговских атомов. В основе системы квантовая ловушка, в центре которой удерживается несколько атомов щелочных элементов.

Эти атомы охлаждаются до ультранизких температур с использованием лазерного излучения. И потом производятся те же операции, что и в твёрдом теле: запись ориентации спина, считывание спина, взаимодействие между спинами и ядрами. Кстати, первые квантовые компьютеры были продемонстрированы на подобной системе. Иначе говоря, сколько исследователей, столько и попыток создать что-то новое. Какие-то из них наверняка будут успешные, какие-то нет.

Размышляя о способах построения квантового компьютера нужно помнить, что пока ни одна из описанных мной технологий не дает существенного преимущества, а раз не дает, то какой смысл тогда делать алмазный транзистор, если есть обычный кремниевый?

Экономика совершенно жестко обрубает все неэффективные направления. Что касается наноразмеров, о которых я говорил, то они доступны в промышленной технологии, я обращаю внимание, что это уже не исследовательский уровень, а именно промышленный. Например, разработки IBM — это, с одной стороны, достижения исследовательской лаборатории, а с другой стороны, они выполнены на промышленном оборудовании. И на нем уже изготавливаются приборы с размерами 3-4 нм.

- Выполняют ли такие устройства те же функции, что и макроскопический транзистор (ведь семь атомов — это уже квантовый объект)?

- К сожалению, нет, уже не выполняет. Он работает при криогенных температурах и основан на туннельных эффектах.

- Стоит ли в ближайшие 5-10 лет ожидать, что такие технологии войдут в нашу жизнь?

- 5-10 лет мало. Обычная кремниевая КМОП-технология будет использоваться по крайней мере 10-20 лет, но 20 лет — это, наверное, максимальный срок. Потом появятся туннельные приборы, которые описаны в этой статье, и те, о которых я рассказывал. Возможно, придумают что-то новое типа квантового компьютера на алмазе, почему нет? Главное — научиться это делать.

Пока что размещение отдельных атомов не промышленная технология — используется специальная зондовая установка. Конечно, есть попытки, когда делают, например, 15000 зондов сразу, и это почти промышленная установка, потому что она дает возможность рисовать микросхему по кремниевой шайбе диаметром 300 мм всеми 15000 зондами сразу.