Student World

Abyste mohli opravdu pochopit budoucnost tak, jak je vám na základě nových vědeckých poznatků na následujících řádcích předkládána, musíte na chvíli odložit stranou svou přirozenou nedůvěru. Představte si, že software není jen kódem na obrazovce; softwarem může být i hmota. Stává se tak fyzickým – stejně reálným, jako židle, na níž sedíte.

Tento článek je překladem z amerického Computerworldu. Úplná verze českého překladu vyšla v CW 34/2004.

Programovatelná hmota. To je termín, který vytvořili výzkumní pracovníci — a jedním z nich je i Richard Minn, elektroinženýr NIST (National Institute of Standards and Technology). Všechno začíná u jednoho programovatelného atomu v čase, ale zdaleka to jím nekončí. A přínosy? První by se mohly objevit v oblasti informačních systémů.

Jak to funguje

Laboratoř NIST v Boulderu využívá k výzkumům takzvaný kvantový bod, známý také pod názvem umělý atom. A to kvůli jeho schopnosti udržovat elektrony v neměnné pozici. V daném případě se elektron nachází v okolí částice s kladným nábojem. Jejich kombinací a vzájemnou anihilací vzniká foton, nejmenší světelný impulz.
Jedná se o řízený proces, který je možné využít k vytváření fotonů „na vyžádání,“ tedy cosi jako binární vypínač. Schopnost řídit uvolňování fotonů by mohla nalézt využití ve specifické oblasti počítačové bezpečnosti zvané kvantová kryptografie.
Tato oblast velmi zajímá americkou vládu, protože využití fotonů, zakódovaných v kvantových stavech, ke komunikaci mezi odesilatelem a příjemcem je absolutně bezpečné. Pokud dojde k libovolnému narušení nebo odposlechu přenášené zprávy, bude tato pozměněna, čímž je zajištěno odhalení takového narušení.
NIST, stejně jako výzkumní pracovníci podnikových i akademických laboratoří, pracují s atomy a subatomickými částicemi, stavebními kostkami hmoty, a vyvíjejí technologie pro kvantovou kryptografii i některé další.
Pojem software tu dostává novou dimenzi. Stručně řečeno — softwarem samotným je struktura hmoty: konfigurace molekul, atomů a elektronů. Pokud se změní jejich základní vlastnosti, změní se vlastnosti softwaru. „Pokud ale chcete pracovat na této úrovni, musíte umět tyto malé kusy hmoty přesouvat -– tomu se prostě nelze vyhnout,“ říká James C. Ellenbogen, vedoucí vědecký pracovník Nanosystems Group společnosti Mitre.

Za hranicí

Aby mohlo něco fungovat v nanoměřítcích, vyžaduje to maximální využití možností současných technologií a překročení stávajících hranic. Chemici již dlouho vědí, jakým způsobem syntetizovat chemikálie na úrovni atomů, ale samotnou kombinací chemikálií počítač nevznikne.
„Naší strategií je vytváření určitých velmi jednoduchých chemických systémů, jež se samy sestavují a následně se do nich zavádí komplexnost pomocí elektřiny,“ říká Philip Keukes, starší architekt systémů pro kvantové výpočty společnosti Hewlett-Packard.
Firma HP vytvořila nanozařízení programovatelné na molekulární úrovni. Abyste pochopili, jakým způsobem funguje, představte si sendvič. Jednu vrstvu –- silnou zhruba 40 nm — tvoří vodiče, směřující severním a jižním směrem. Místo másla se v tomto sendviči nachází vrstva chemicky vytvořených molekul, a nakonec je zde vrstva vodičů směřujících na východ a na západ.
Takto vzniká elektrochemický buňka, kterou lze programovat pomocí elektrického náboje. Tím dochází k otevírání a uzavírání přepínačů v chemickém substrátu, procesem obdobným tomu, který probíhá v dynamické RAM. „HP doufá, že během příštích dvou let se jí tímto způsobem podaří vytvořit 18Kb paměť,“ říká Keukes.
Tyto paměti bude možné využít v systémech s neuvěřitelně malou velikostí –- tak malých, že je bude možné umístit do kousku papíru, využít pro dodávání látek uvnitř lidského těla nebo umístit do běžných předmětů, jako je třeba dětská postýlka, kde by mohly například monitorovat, zda se dítě nenachází v nebezpečí.

Chytrá hmota

Uvedené systémy se také někdy nazývají „chytrou hmotou“, neboť disponují určitými výpočetními schopnostmi a lze je naprogramovat tak, aby měnily tvar. Například delfíni mohou plavat rychle díky tomu, že jsou schopni změnit mikrostrukturu své pokožky podle proudění vody. Podobných technologií by podle výzkumníků bylo možné využít při konstrukci letadel a lodí, jejichž povrch by se přizpůsoboval změnám prostředí pomocí inteligentní hmoty, naprogramované ke změně tvaru.
Vytváření takovýchto technologií vyžaduje výzkum v ohromném rozsahu, prováděný mnoha institucemi. Ve výzkumném centru PARC (Palo Alto Research Center) pracují na tom, aby chytřejší hmota byla schopna chovat se distribuovaným způsobem, velmi podobně jako vzájemně spolupracují buňky v lidském těle.
„Stále se pokoušíme dohonit evoluci a biologické systémy,“ vysvětluje výzkumný pracovník Dave Fellow, který se specializuje na principy, které by měly donutit zařízení vyrobená z chytré hmoty ke vzájemné komunikaci a ke společným výpočtům.

V budoucnosti

Pokud se podíváme dále do budoucnosti, dostáváme se do světa, jenž existuje ve vizi Willa McCarthyho, který pracuje ve výzkumném ústavu letectví Galileo Shipyards. McCarthy je také autorem knihy Hacking Matter (Basic Books, 2004).
Z McCarthyho pohledu je schopnost doslova programovat hmotu zcela novým technologickým paradigmatem. Představte si dům budoucnosti: Namísto pevně rozmístěných oken by je majitel domu mohl přesouvat pomocí změny různých částí domů z neprůsvitných na průhledné.
Celý dům by obsahoval rozsáhlá pole programovatelných bodů materiálu, který vede elektřinu, zhruba jako dnes křemík. Ale pomocí programovatelných kvantových bodů je podle McCarthyho možné vytvářet kovové vodiče uvnitř pevných předmětů, vytvořit elektrický obvod, který provede určitou úlohu, a následně tento obvod smazat.
Jsou zde ale také velké překážky. „I když se například vědcům daří vytvářet určité nanosoučástky, zůstává před nimi stále složitý úkol, jak tyto součástky přinutit k interakci se stávajícími aplikacemi a systémy na bázi křemíku,“ říká Howard Davidson, který pracuje jako technik v laboratořích firmy Sun Microsystems. Přesto, že tu dochází k určitému pokroku, podle Davidsona bude trvat dalších 20 let, než se objeví první nanopočítače, schopné připojení k tradičním systémům a aplikacím. Co se týče McCarthyho vize, kde lze hmotu proměnit téměř v cokoliv, mohou být podle Davidsona technologické problémy nepřekonatelné.

Tento článek je překladem z amerického Computerworldu. Úplná verze českého překladu vyšla v CW 34/2004.

autor Patrick Thibodeau