Точное предсказание

В декабре 1959 года Фейнман прочитал лекцию по случаю ежегодной встречи Американского физического общества, которая в том году проходила в Калтехе. Как всегда, он всех удивил, предлагая анализ множества новых возможностей, связанных с физикой элементарных частиц. Фейнман начал свое выступление такими словами:

«Я хотел бы вам рассказать об одной области, в которой до сегодняшнего дня сделано было очень мало, но в которой можно, в принципе, достичь больших результатов. Еще важнее то, что эта область могла бы иметь широкий диапазон практического применения. Вопрос, который я хотел бы рассмотреть, касается обработки и контроля объектов очень маленьких размеров».

Компьютер будущего

Будущее информационных технологий связано с созданием квантового компьютера; некоторые из идей, относящихся к его разработке и эксплуатации, уже находят практические применения в настоящее время. Передача информации по квантовым каналам позволяет установить абсолютно надежную систему сообщения. Между 1982 и 1984 годами Чарльз Беннет и Жилль Брассард разработали первую систему квантовой криптографии в мире, ВВ84, сегодня вышедшую из употребления. Квантовая криптография гарантирует безопасность сообщения до такой степени, что перехват информации иностранным агентом в системе не только фиксируется между передатчиками, но «шпион», наряду с этим, не может расшифровать сообщение. На практике уже была осуществлена передача информации с помощью квантового канала через оптическое волокно на дистанцию нескольких десятков километров. И сегодня стоит вопрос о повторении подобного опыта на более длинные расстояния, в частности из земной лаборатории на борт самолета. Эта область быстро прогрессирует: за последние годы уже были созданы процессоры и мышки, основанные на квантовой информатике и оптике. 10 млрд атомов могут быть сейчас объединены в систему, что является необходимым в исчислении. Появилась сверхпроводниковая интегральная схема. А в апреле 2012 года был создан первый базовый квантовый компьютер на два кубита (или квантовых бита).

Его лекция, названная «Там, внизу, еще много места», оказалась отправной точкой для целого ряда областей науки и техники, известных сегодня под общим названием «нанотехнологии». До Фейнмана эксперты не слишком хотели рисковать, когда речь шла о сокращении размеров. Существовал целый мир, заключенный в пространстве между обычными машинами и атомами. Используя это пространство, полагал ученый, мы не только изменим технологию, но и откроем новые области для научных исследований: «В 2000 году, во время подведения итогов, все спрашивали себя, почему до 1960 года никто серьезно не рассматривал движение в этом направлении».

Фейнман смотрел на вещи более широко, как это делали три корифея научной фантастики той эпохи: Артур Кларк, Айзек Азимов и Роберт Хайнлайн. Он не понимал, почему люди восхищались механизмом, способным записать «Отче Наш» на носитель размером с булавочную головку: это ничто. Для него стремиться нужно было к тому, чтобы записать всю Британскую энциклопедию на подобное устройство. И даже это было ничто. Почему не записать на него всю информацию, содержащуюся во всех книгах мира? Сделав любопытный предварительный расчет, Фейнман предположил, что это соответствовало бы 1015 бит информации (либо, по его мнению, 24 млн томов) и что каждый бит легко мог быть закодирован в кубе с ребром из пяти атомов либо, в общей сложности, немногим более чем из ста. Вся информация, собранная человечеством, будет содержаться тогда на «головке булавки». Фейнман делал ставку на тщательное изучение возможностей мира, который содержал материю, состоящую из атомов; для него не было ничего более увлекательного в исследовании, чем проектирование квантовых механизмов. «Ничего в законах физики, — говорил он, — не мешает изучать вещи атом за атомом». И его собственными словами:

«Я не боюсь задавать вопрос о том, смогли бы мы в будущем привести в порядок атомы для нашего удобства: настоящие атомы, те, что находятся внутри. И каковы бы были свойства материалов, если бы мы реально могли располагать атомы так, как нам заблагорассудится? Я не могу предугадать будущее, но не сомневаюсь в том, что если мы будем контролировать расположение микрообъектов, то у нас появится доступ к широкому спектру новых свойств, которые позволят нам многого достигнуть».

Можно было бы, в частности, использовать законы, управляющие квантовым миром, чтобы способствовать радикальному изменению компьютерных технологий. Квантовая информатика обрела популярность, что делало эту утопию все более реальной. В 1981 году Фейнман сам организовал в Калтехе курс по теории расчетов и будущему информатики. Затем он опубликовал несколько статей о квантовых компьютерах. Это становится вызовом для будущих лет, стоящим затраченного труда. Вот пример: факторизация целых чисел (на основе которой устроено шифрование наших кредитных карточек) может занять несколько миллионов лет для обычного компьютера; квантовый компьютер справится с этим за долю секунды.

Но Фейнман на этом не остановился. Он также предчувствовал, что этот путь приведет к новым возможностям в биологии. Только за три года до этого была открыта структура молекулы ДНК:

«В принципе, физик может синтезировать любую молекулу, которую ему нарисует химик. Физик получает инструкции, затем синтезирует молекулу. Но как он это делает? Он располагает атомы в предварительно указанном химиком месте. Именно таким образом мы создаем вещество».

Правда, в этом случае Фейнман заглянул в будущее недостаточно далеко. Начиная с последней четверти XX века на основе данной теории появилась новая область науки: многообещающая синтетическая биология. Этот термин был придуман в 1974 году польским генетиком Вацлавом Шибальским, когда он написал: «До сегодняшнего дня мы работали над описательной фазой молекулярной биологии... Но настоящее преодоление трудностей начнется, когда мы вступим в фазу синтетической биологии. Тогда мы откроем новые элементы управления и присоединим их к существующим геномам или разработаем совсем новые геномы». Эта комбинация биохимии и генетики поднимает два вопроса, которые вот-вот должны быть выяснены: каково минимальное число генов, необходимых для жизни? Возможно ли создать живое существо с нуля?