Как известно, компьютерную информационную сеть "Интернет" часто называют "паутиной". Она и в самом деле опутывает всю планету подобно разветвлённой всеохватной паутине. Но и этого нам мало: вот бы выйти за пределы Земли!

Как писал 8 ноября 1999г в "Тайнах Вселенной" Алан Бойль (Alan Boyle, "Mysteries of the Universe"), исследовательские структуры НАСА и некоторые гениальные "гуру" всемирных электронных сетей объединили сегодня свои усилия, чтобы в ближайшие несколько лет вывести "паутину" за пределы нашей планеты. Это, однако, не означает, что речь идёт всего лишь о новых маршрутах. Для создания межпланетного "Интернета" надо разработать иные принципы связи, а выполнение такой задачи может заставить учёных опять вернуться к самым истокам: проблема здесь, прежде всего, в скоростях. Мы не сможем получать оперативную информацию с других планет, если скорость её передачи не будет превышать скорость света. Только в этом случае станет реальной связь с Луной, Марсом и другими космическими объектами.

Конечно, скорость передачи информации - не единственная техническая задача, которую предстоит решить исследователям, но она действительно имеет первостепенное значение. А иначе это будет не связь, а сплошное ожидание: ведь световой сигнал, скажем, от Марса идёт 8 минут, а от ближайших к нам галактик - от 200 до 800 тысяч лет! Вот и представьте, скоро ли нам удастся "поймать" сигналы по SETI - нашей системе космического поиска иных цивилизаций...

Но можно ли, в принципе, превзойти скорость света?

Многим покажется, что даже сама постановка вопроса смешна. Разве Эйнштейн не сказал, что это невозможно? Верно, сказал. Именно он и говорил, что ни один сигнал не может передаваться быстрее света.

Авторитет учёного известен.

Никто и не стал искать то, чего просто-напросто не может быть!

ОСВОБОЖДЕНИЕ ОТ ГИПНОЗА

Так и сидели бы мы, наверно, "загипнотизированные" силой авторитета, если бы не появились первые работы по квантовой аэродинамике, в том числе - написанные нашими "бывшими советскими" учёными, - киевским профессором В.П. Олейником и другими. Как об этом справедливо сказано в одной из недавних статей (А. Лещинский, "ЧиП" №12, 1999), "детальные расчёты, проведённые В.П. Олейником, показали, что теория относительности не противоречит существованию мгновенных сигналов".

А это означает, что теория относительности не противоречит и мгновенному переносу в пространстве-времени.

Кстати, квантовые технологии довольно занимательно обыгрываются теперь в сюжетах научно-фантастической литературы, особенно в отношении путешествий во времени. Достаточно вспомнить, скажем, роман Майкла Кричтона "Граница времени".

Вспомним также многие сообщения о реально состоявшихся "путешествиях во времени", когда человек или даже группа людей мгновенно оказывается в другом месте и, что особенно важно, в другом времени, даже и в другом веке - прошлом или будущем. Не вдаваясь в подробности, это можно объяснить так: человек попал в один из волновых ( ! ) потоков времени, т.е. в поток энергии, которая перенесла его в прошлое или будущее. И таких случаев известно немало. Значит, для преодоления скорости света нам нужно обеспечить именно такой волновой поток времени, - поток микрочастиц, каждая из которых (вспомним скорость волн де Бройля - французского физика) превращается в волну, движущуюся быстрее скорости света.

Теперь остаётся тщательнее приглядеться, скажем, к электрону. Оказывается, мы толком его и не знаем. У него, видите ли, есть ещё и "хвост", простирающийся в бесконечные дали вселенной, и этот "хвост" представляет собой нечто наподобие "паутины": лепестки его вихревого поля исходят непосредственно от электрона, уходят в немыслимые беспредельные дали, но и заканчиваются на электроне же. Из этого следует, что любые колебания, любые вибрации, испытываемые электроном, тотчас (!) вызывают такие же вибрации во всей безграничной паутине. Иными словами, сигнал, исходящий от электрона, будет мгновенно получен в любой точке мирового пространства! Говоря словами Лещинского, это означало бы "выход на другой уровень цивилизации - подключение человечества к информации всей вселенной".

Кстати сказать, статья В.П. Олейника ещё в 1997г была опубликована в американском сборнике работ по квантовой аэродинамике (не потому ли у них наметился такой резкий прорыв в этой области?), а тот, кто заинтересовался работами украинского учёного, может связаться с ним по электронному адресу: yuri@arepjev.relc.com.

Но, как говорится, теория теорией, а как обстоят тут, на Земле, практические дела?

НОВАЯ "КОЖА" ПЛАНЕТЫ

На Земле уже сделано немало удивительного. В 20-м веке в технических лабораториях компании "Белл" были разработаны такие чудеса современной техники, как транзисторы и лазеры, но для инженеров, работающих здесь сегодня, всё это, считай, уже "история древнего мира".

Джеффри А. Салтер писал в "Нью-Йорк Таймс", что исследователи ищут теперь такие новые средства коммуникаций, с помощью которых планета Земля сможет покрыться как бы новой "кожей" - плотной оболочкой информационных сетей.

В здании без окон на Мюррей-Хилл, что в штате Нью-Джерси, сидят люди, которых не устраивает самая совершенная компьютерная техника сегодняшнего дня. Все эти проводочки, даже и самые тоненькие, должны исчезнуть, и уж тем более - вот такой толстый кабель, который сейчас свисает почти с каждого компьютера. Да и вот эти тощие, как журнал, компьютеры, которые сегодня можешь положить себе на колени, тоже ведь в конечном итоге станут ненужными.

Для нашей повседневной жизни это парадоксальное, казалось бы, положение существенной роли не играет. А вот для процесса познания оно имеет колоссальное значение, поскольку даёт возможность подступиться к таким сложным вопросам, как мгновенная (вневременная!) передача информации.

И, надо признать, определённые шаги в этом направлении уже сделаны.

ПРОЦЕСС ПОШЁЛ!

Посмотрите, как за два десятилетия изменилась роль оптико-волоконных технологий! Оптическое волокно стало широко применяться для передачи гигантских информационных потоков от одной точки к другой, притом теперь используются не столько электрические, сколько световые импульсы.

Если учесть, что в наши дни тысячи миль оптического волокна вводятся в действие по всему свету ежедневно, а то и ежечасно, то нетрудно представить, что, как считают аналитики, вскоре планета буквально покроется своего рода "коркой" из коммуникационных линий.

Однако от такой сети или даже "паутины" не очень-то много проку, если человек всё равно должен подключаться к ней с помощью громоздких и преимущественно неподвижно фиксируемых приспособлений, - таких, как компьютер или телефон. Именно поэтому исследователи в лабораториях "Белл" пытаются создать нечто принципиально новое.

СЛЕДУЮЩИЙ ШАГ - КУДА?

Современные исследования показывают, что рынок программного обеспечения может радикально измениться. Физики всерьёз занялись квантовым компьютером. И это уже не просто фантастика.

Алан Бойль ("Nature", 24.11.1999) предлагает нам представить себе такой мир, в котором своего рода программное "топливо" вырабатывается специальным предприятием и подаётся по оптико-волоконной линии в ваш компьютер, где оно потребляется и тут же уничтожается. Именно этот вариант, как показывают новые научные разработки, может оказаться моделью для поколения новых - квантовых - компьютеров. Они будут в корне отличаться от так называемых "классических" компьютеров, основой которых являются коды типа либо единица, либо нуль, либо "включено", либо "выключено": в таком коде не может быть никакой неопределённости, двусмысленности, неясности.

Квантовые компьютеры, в противовес этому, будут обыгрывать всё возможное многообразие вариаций атомных и субатомных частиц и иметь дело с объектами, которые можно представить как находящиеся во множестве состояний одновременно, - единица и нуль, "включено" и "выключено". Речь здесь идёт о "принципе неопределённости", который сформулирован Вернером Гейзенбергом, т.е. о фундаментальных принципах квантовой механики.

Казалось бы, зачем нам такие сложности? Тем более что на новом пути будет немало новых трудностей.

ОСНОВНЫЕ ПРЕПЯТСТВИЯ

А всё это нужно нам потому, что "классические" компьютеры не в состоянии справиться с теми задачами, какие под силу квантовым, например, - вскрытие сверхсекретных сложных кодов, новые формы обеспечения безопасности для банка данных, вычисление единственно правильного ответа из миллиардов возможных, и т.д.

Проблема, однако, состоит в том, что создать такую штуковину дьявольски сложно. Новое исследование, проведённое и описанное Даниэлем Готтесманом из "Майкрософт Ресёрч" и Айзеком Чуангом из исследовательского центра "IBM", посвящено двум основным препятствиям на пути к созданию квантового компьютера.

Во-первых, это трудность создания комплексных элементов для квантовых систем, а во-вторых, уязвимость системы в случае неожиданного отказа, поломки, аварии, когда система может выйти из-под контроля, - в этом случае все расчёты окажутся уничтоженными.

Д. Готтесман и А. Чуанг утверждают, что для обеспечения надёжности и защищённости наиболее сложных составляющих такой системы можно использовать феномен, известный как "квантовая телепортация". На простом примере они объясняют, каким именно образом такая технология могла бы компенсировать любые срывы в работе квантового компьютера.

ТЕЛЕПОРТАЦИЯ ПО ЗАКАЗУ

Допустим, у нас есть три фотона - А, В и С, и наша цель - передать поляризацию фотона А фотону С.

Шаг 1: Исследователи создают взаимосвязь между двумя фотонами - В и С.

Шаг 2: После этого они связывают между собой В и А. Этот второй шаг уничтожит А, но не раньше, чем к фотону В перейдёт состояние, противоположное исходному состоянию фотона А.

Шаг 3: Описанное изменение означает, что у фотона С, связанного со своим "партнёром" В, поляризация должна измениться таким образом, чтобы полярность осталась противоположной по отношению к фотону В. Полярность, таким образом, передана - от фотона А фотону С, что и требовалось сделать.

"То, что раньше виделось нам как не связанные между собой способы обеспечения надёжности компьютера на случай сбоя, теперь может рассматриваться как нечто более взаимосвязанное, - как различные виды телепортации", - говорит Джон Прескилл, профессор Калифорнийского технического института. В данном случае телепортация - это способ связать воедино две квантовых системы таким образом, чтобы в случае наблюдения за результатами работы одной из них мы могли бы составить представление и о состоянии другой. Эта связь сохраняется даже и в том случае, если две системы удалены друг от друга на весьма значительное расстояние.

Чуанг и Готтесман говорят, что если вы выполняете логическую операцию на одной из таких связанных друг с другом систем, то другая система или системы будут отражать эту операцию тоже. В каком-то смысле система "вбирает" в себя нужный логический путь, становящийся своего рода квантовым программным обеспечением.

ПРИ ЧЁМ ТУТ МУХА?

Представьте себе, Д. Готтесман проводит аналогию с известным научно-фантастическим фильмом "Муха", в котором исследователь, проходя через кабину телепортирующего устройства, случайно вплетает в свою ДНК генетический код мухи.

"Это вряд ли сработало бы на биологическом уровне, - говорит он. - Но вообще-то с помощью квантовой передачи информации мы и в самом деле можем сделать что-нибудь в этом роде. В том кинофильме это обернулось плохим исходом, но в нашем случае - это благо".

Телепортация микрочастиц (субчастиц) в компьютерном деле обещает новые широкие возможности.

"Квантовое программное обеспечение могло бы принять форму, скажем, двадцати фотонов с различным типом спинов, которые связаны между собой сложным образом. Мощное предприятие могло бы производить такие "комплекты" фотонов, тестировать их на предмет гарантированного качества и хранить их на квантовом складе", - говорит Прескилл.

Реально ли это?

МАЛЕНЬКИЕ ФОКУСЫ БОЛЬШИХ УЧЁНЫХ

Да, это осуществимо. Айзек Чуанг уже построил машину, которая в один прекрасный день сможет оставить позади любой самый скоростной компьютер. Ну, а в данный момент его детище занято тем, что помогает своему хозяину растолковать суть дела любознательному журналисту. Для этого сгодится маленький фокус.

Чуанг раскрывает ладонь, в которой лежит небольшой клочок бумаги, потом убирает ладонь, а клочок просто зависает в воздухе совершенно неподвижно, удерживаемый неким силовым полем. Его создаёт странная машина, стоящая на расстоянии примерно полутора метров, - это и есть квантовый компьютер.

И дело тут вовсе не в изысканном "салонном" фокусе, а в том, что сам "салон" весьма изыскан: это исследовательский центр компании "IBM", где физик Чуанг - один из сотен других людей - ищет новые пути развития компьютерных технологий.

Квантовый компьютер Чуагна работает на основе как бы "другой физики", позволяющей управлять поведением не только отдельных молекул, но и атомов. Это как бы мир зазеркалья, в котором "да" и "нет" могут соответствовать истине в одно и то же время, в котором события могут происходить во многих точках пространства одновременно. Потенциал такой техники трудно переоценить.

Однако нужна ли нам она? Разве нас не устраивают нынешние компьютеры?

УПРАВЛЯЕМЫЕ ЭЛЕКТРОНЫ

Нынешние компьютеры всё ещё используют потенциал полупроводников, позволяющих наращивать скорости процессора за счёт того, что примерно каждые полтора года количество транзисторов на одном и том же кусочке силикона удваивается. Максимум до 2014 года, если не раньше, этот потенциал будет, однако, полностью исчерпан. После этого полупроводниковая электроника просто "выдохнется".

Приборы будущего станут совсем миниатюрными, но для этого Айзек Чуанг и его коллеги должны в прямом смысле обуздать субатомные силы.

Молекулы для квантового компьютера выбираются таким образом, чтобы в сильном магнитном поле их электроны можно было точно ориентировать. Вот, к примеру, в тоненькой лабораторной трубочке с ярко-жёлтой жидкостью, которую держит в руке Чуанг, в жидкокристаллическом растворе содержится 10 септиллионов молекул, которые образуют основной компонент квантового компьютера. Это много или мало? Ну, представьте себе число, в котором ряд нулей занимает как минимум треть, а то и половину печатной строки! Квантовые компьютерные операции начинаются лишь тогда, когда молекулы "программируются" пучком волн, вызывающих изменение вращения электронов внутри этих молекул. Исследователи уже работают с элементами, которые можно бы использовать в квантовых компьютерах, - к примеру, с фотонами, охлаждёнными ионами и т.п. В этом случае мы имеем дело с микромиром, где частицы должны вместе с тем пониматься и как волны, и чем меньше эти частицы, тем выше их способность перемещаться быстрее скорости света, т.е. тем отчётливее проявляется их волновой характер.

Квантовый компьютер может одновременно выполнять массу сложнейших операций. Скажем, один из вариантов его практического применения - скоростная обработка очень больших чисел, - настолько быстрая, что может подорвать системы кодирования, лежащие в основе электронной коммерции "Интернета".

"К счастью, - говорит г-н Чуанг, - то, что квантовый компьютер заберёт одной рукой, он даст другой своей рукой".

И действительно, в той же лаборатории другая группа учёных разработала рабочую систему уничтожения ("стирания") данных, которая основана на том же квантовом феномене. Система позволит обмениваться информацией втайне от других, - не боясь того, что код будет взломан даже и самым мощным компьютером.

Почему? Потому что связь будет работать по другому принципу.

КВАНТОВАЯ "ДОЗАПРАВКА"

В квантовом мире сам факт прочтения результата разрушает квантовую информацию. По словам Прескилла, это означает, что квантовое программное обеспечение было бы непоправимо повреждено после одного-единственного использования. Вам пришлось бы загружать одну и ту же программу подключения множество раз, чтобы выполнить один-единственный, но сложный расчёт. Таким образом, как считает Прескилл, спрос на конкретный вид особых, трудновыполнимых квантовых программ был бы, по сути дела, нескончаемым. Кто-то делал бы на этом хорошие деньги, это факт. Зато желание клиента иметь полную конфиденциальность средств связи могло бы стать тем самым исходным стимулом, который способствовал бы развитию рынка квантовых технологий.

Растущая необходимость в защищённых от постороннего вмешательства линиях связи может заставить компании по производству программного обеспечения создать такой продукт, который позволит двум клиентам общаться друг с другом, не опасаясь утечки информации. Квантовые компьютеры понадобятся, конечно, для создания и распространения программного обеспечения, однако наиболее трудно будет получить именно те компьютеры, которые должны обслуживать сложные коммуникационные проблемы.

Однако и это - вещь осуществимая, всего лишь дело времени. Сегодняшняя реальность, однако, такова, что прибор г-на Чуанга пока ещё не показал всех своих возможностей в решении практически важных научных задач, а необходимость в таком прорыве уже ощущается во всей компьютерной индустрии.

ЧТО ЭТО НАМ ДАСТ?

В ответе на такой вопрос и в самом деле потребовалась бы помощь фантаста или другого человека с богатым воображением. Но и сегодняшняя реальность уже граничит с фантастикой.

В Холмделе, к примеру, учёные разработали самый маленький в мире фотоаппарат, работающий на микрочипе размером с ноготок. Вместе с линзой и кое-каким вспомогательным обеспечением фотоаппарат можно свободно вшить в лацкан пиджака, - скажем, в качестве прибора для обеспечения безопасности. На вас напали? Фотография преступника уже через несколько мгновений будет в полиции.

Сегодня для связи с любым человеком, который находится за пределами вашей квартиры, приходится пользоваться громадным количеством номеров - номер домашнего телефона, номер служебного телефона, номер мобильного (сотового) телефона, номер факса, пейджера, адрес электронной почты, и пр., а ведь всё это требует ещё и времени, чтобы найти нужный код в нужный момент.

Скоро всё изменится. Вам будет достаточно просто сказать своим наручным часам: "Позвоним-ка Васе", и не нужно будет беспокоиться о том, где именно находится в данный момент этот самый Вася или какие технические средства связи имеются у него под рукой.

По тому же принципу можно будет осуществлять неотступное слежение и мониторинг любого объекта и субъекта (его состояние, функции и т.п.), находящегося на любом расстоянии, - в жерле вулкана, на недоступной вершине и пр.: достаточно будет встроить в него (или прикрепить к нему) микропроцессор.

Похоже на фантастику? Да. Но ведь и об "Интернете" многие сказали бы то же самое ещё какой-то десяток лет назад!

КОГДА ЖЕ ЭТО БУДЕТ?

В теории и эксперименте всё уже получается. Однако конструирование и создание квантовой машины, которую можно было бы пустить, что называется, "на поток", - это куда сложнее и, похоже, будет делом нескольких десятилетий.

В отношении нового вида программного обеспечения был проведён своеобразный компьютерный опрос: "Когда, по вашему мнению, квантовый компьютер может стать реальностью - в пределах ближайшего десятилетия, за период от 10 до 20 лет, более чем через два десятилетия, или же никогда?"

Откликнулось, в общей сложности, 10 646 человек. Любопытно, что из них лишь 6 процентов сказали "никогда": они сочли этот проект полной утопией.

Зато 72% настроено довольно оптимистически: 35% ответивших надеются, что на это уйдёт не более десятилетия, ещё 37% - что будет надо лет 10-20.

22% откликнувшихся полагают, что на новый "квантовый скачок" физикам потребуется значительно более двух десятилетий.