Почему у нас нет квантовых компьютеров?

Вычисления на отдельных атомах могут стать для нас и благословением, и проклятием. Атомы могут вместить громадное количество информации, но мельчайшее загрязнение, вибрация или помеха могут погубить любой расчет. Необходимо — но чрезвычайно трудно, и это не секрет — полностью изолировать наши атомы от внешнего мира. Атомы должны прийти в состояние так называемой когерентности, когда все они вибрируют в унисон. Малейшее вмешательство (скажем, в соседнем здании кто-то чихнул) может разрушить гармонию и заставить атомы колебаться случайно и независимо друг от друга. Декогерирование — одна из серьезнейших проблем, с которыми мы сталкиваемся при разработке квантовых компьютеров.

Именно этой проблемой объясняется тот факт, что сегодня квантовые компьютеры способны выполнять лишь рудиментарные вычисления. Мировой рекорд для квантового компьютера составляет около 20 кубитов. Это может показаться не слишком серьезным, но на самом деле представляет собой настоящее достижение. Вероятно, на создание функциональных квантовых компьютеров уйдет несколько десятилетий, может быть, этот процесс затянется до конца нынешнего века, но, когда эта технология появится, она кардинальным образом усилит мощь искусственного интеллекта.

Роботы в отдаленном будущем

Имея в виду примитивное состояние, в котором сегодня находятся автоматы, я не стал бы ожидать появления сознающих себя роботов в течение еще по крайней мере нескольких десятилетий. А возможно, этого не случится и до конца века. Мы, скорее всего, создадим сложные аппараты с дистанционным управлением и продолжим исследования космоса. Затем, возможно, появятся автоматические устройства с повышенными способностями к обучению, которые начнут закладывать основы для человеческих поселений. Далее мы построим самовоспроизводящиеся машины, которые завершат развитие инфраструктуры, и только потом, наконец, появятся сознающие себя машины на основе квантовых структур, которые помогут нам построить и поддерживать межгалактическую цивилизацию.

Разумеется, все эти разговоры о путешествиях на далекие звезды ставят перед нами важный вопрос. Как мы, или наши роботы, сможем туда попасть? Соответствуют ли будущей реальности звездные корабли, которые мы видим каждый вечер по телевизору?

Почему мы полетим к звездам?

Потому что мы — потомки тех приматов, которые не поленились заглянуть за ближайший холм.

Потому что мы не сможем жить здесь вечно.

Потому что звезды существуют, маня нас новыми горизонтами.

Джеймс и Грегори Бенфорды

 

8

Как построить звездолет

В фильме «Пассажиры “Авалона”» суперсовременный космический корабль с огромными термоядерными двигателями движется к колонии на отдаленной планете Хоумстед II. В рекламе это поселение выглядит очень привлекательно. Земля стара, она устала от перенаселенности и загрязнений. Почему бы не начать все сначала в новом интересном мире?

Путешествие занимает 120 лет, на это время пассажиров вводят в состояние замедленной жизнедеятельности (гибернации), их тела замораживают в специальных коконах. Когда «Авалон» доберется до места назначения, компьютер автоматически разбудит все 5000 пассажиров. Они поднимутся из своих коконов свежими и готовыми к строительству новой жизни в новом космическом доме.

Однако во время этого путешествия метеоритный поток пробивает корпус корабля и повреждает термоядерные двигатели, вызывая лавину отказов техники. В результате один из пассажиров просыпается за 90 лет до конца пути. Какое-то время он живет на корабле один, но затем ему становится одиноко. Он впадает в депрессию от мысли о том, что, когда корабль прибудет на планету, он давно уже будет мертв. Мечтая хоть о каком-то общении, он решает разбудить одну из пассажирок, которая произвела на него впечатление своей красотой. Естественно, они влюбляются друг в друга. Но, когда она узнает, что ее намеренно пробудили ото сна чуть не на столетие раньше срока и ее тоже ждет смерть в этом межпланетном чистилище, она приходит в ярость.

В фильмах, подобных «Пассажирам», воплотились недавние попытки Голливуда ввести в кинематографическую научную фантастику толику реализма. «Авалон» движется в пространстве старым добрым способом, не превышая скорости света. Но попросите какого-нибудь подростка представить себе космический корабль, и он (или она) сразу вспомнит что-нибудь вроде «Энтерпрайза» из «Звездного пути» или «Тысячелетнего сокола» из «Звездных войн» — аппараты, способные со скоростью, превосходящей скорость света, переносить экипаж из конца в конец галактики, а иногда даже туннелирующие сквозь пространство-время или летающие в гиперпространстве.

Если мыслить реалистично, наши первые звездные корабли, вероятно, не будут пилотируемыми и похожими на те громадные обтекаемые средства передвижения, которые намечтали для нас создатели фильмов. Очень может быть, что они будут размером с почтовую марку. В 2016 г. мой коллега Стивен Хокинг поразил мир, поддержав проект под названием Breakthrough Starshot, цель которого — создание «нанокораблей» — хитроумных микросхем на парусах, приводимых в движение с Земли при помощи батареи мощных лазеров. Каждая такая микросхема размером с ваш большой палец будет весить не более 20 г и при этом состоять из миллиардов транзисторов. Зато для реализации этого мы можем использовать существующие технологии, а не ждать еще столетие или два до появления новых. Хокинг заявил, что нанокорабли можно разработать за $10 млрд за время жизни одного поколения. 100 000 МВт лазерной энергии будет достаточно, чтобы разогнать их до одной пятой скорости света, и тогда путешествие до ближайшей к нам звездной системы альфы Центавра займет 20 лет. Для сравнения напомню, что наши космические челноки летали только по околоземной орбите и при этом каждый полет обходился нам почти в миллиард долларов.

По идее, нанокорабли должны быть способны на то, что не в состоянии сделать химические ракеты. Формула Циолковского показывает, что традиционная ракета типа Saturn никогда не сможет долететь до ближайшей звезды, поскольку необходимое количество топлива с увеличением скорости возрастает экспоненциально и химическая ракета просто не сможет нести на себе достаточно топлива для полета на такое расстояние. Если же считать, что химическая ракета все же могла бы достичь ближайших звезд, такое путешествие заняло бы около 70 000 лет.

Большую часть энергии химическая ракета тратит на поднятие собственного веса в космос, в то время как нанокорабль получает энергию от внешних, расположенных на Земле лазеров. В этом случае топливо понапрасну не тратится — все оно идет на разгон корабля. А поскольку нанокораблям не нужно генерировать энергию, в них нет движущихся частей, что значительно снижает вероятность механических поломок. В них нет также взрывоопасных химических веществ, они не могут взорваться ни на стартовой площадке, ни в космосе.

Компьютерные технологии развились уже до того уровня, на котором мы сможем разместить в одной микросхеме целую научную лабораторию. Нанокорабли должны будут содержать камеры, датчики, наборы химических веществ и солнечные элементы, достаточные для подробного анализа далеких планет и отправки радиосообщений на Землю. Поскольку стоимость компьютерных микросхем резко упала, мы могли бы отправить к звездам тысячи таких нанокораблей в надежде, что хотя бы нескольким из них удастся перенести опасное путешествие. Эта стратегия — подражание Матери-природе, когда растения буквально пускают на ветер тысячи крохотных семян, чтобы повысить вероятность того, что хотя бы некоторым из них удастся прорасти.

У нанокорабля, проносящегося мимо системы Альфа Центавра со скоростью в 20% скорости света, будет всего несколько часов на выполнение своей задачи. За это время он должен будет обнаружить в этой звездной системе землеподобные планеты, быстро сфотографировать и проанализировать полученные данные, чтобы определить характеристики поверхности, температуру и состав атмосферы, обращая особое внимание на наличие воды и кислорода. Кроме того, он должен будет просканировать систему в поисках радиоизлучений, которые могли бы указывать на существование там инопланетного разума.

Основатель компании Facebook Марк Цукерберг публично поддержал проект Breakthrough Starshot, а российский инвестор и бывший физик Юрий Мильнер лично пообещал выделить на его реализацию $100 млн. Нанокорабли сегодня уже намного больше, чем просто идея. Но на пути их создания есть несколько препятствий, которые нужно снять, прежде чем приступать к полномасштабной реализации этого проекта.

⇐ Предыдущая21222324252627282930Следующая ⇒

Поделиться: