Якщо ви спроектуєте закон Мура на майбутнє, ви виявите, що розмір проводів і логічних схем, з яких сконструйовані компютери, досягне атомарних масштабів десь через сорок років; отже, згідно з законом Мура, ми повинні конструювати компютери квантового масштабу. Квантові компютери становлять найвищий рівень мініатюризації.
Квантові компютери, що їх я та мої колеги вже створили, досягли цієї мети: кожен атом передає біт. Але квантові компютери, які ми можемо створювати сьогодні, малі не тільки за розміром, але й за потужністю. Найбільший компютер загального призначення, доступний на момент написання цієї книжки, має від семи до десяти квантових бітів і може виконувати тисячі квантових логічних операцій за секунду (для порівняння: традиційний настільний персональний компютер може передавати трильйони бітів та виконувати мільярди класичних логічних операцій за секунду). Ми вже вміємо проектувати компютери зі складниками атомарних масштабів; ми просто ще не вміємо створювати великі компютери з такими складниками. Оскільки перші квантові компютери розроблено десять років тому, так чи інакше кількість бітів, які вони обробляють, збільшується вдвічі майже кожні два роки. Навіть якщо експоненційний рівень прогресу можна підтримувати, все одно мине сорок років, доки квантові компютери зможуть зрівнятися за кількістю оброблюваних бітів із сьогоднішніми класичними компютерами. Квантові компютери ще далекі від стаціонарних.
Третя причина створювати квантові компютери це те, що вони дозволяють нам розуміти, яким чином Всесвіт передає та обробляє інформацію. Один із найкращих способів зрозуміти закон природи це створити та використовувати машину, що наочно демонструє цей закон. Часто ми спочатку створюємо машину, а тоді приходить черга закону. Колесо та дзиґа існували впродовж тисячоліть до того, як було встановлено закон збереження моменту імпульсу. Кинутий камінь передував законові Ґалілея про рух; призма і телескоп існували до «Оптики» Ньютона; парова машина передувала регуляторові потужності Джеймса Ватта та другому законові термодинаміки Саді Карно. Коли вже квантову механіку настільки важко осягнути розумом, то чи не варто було б сконструювати машину, що втілює закони квантової механіки? Спостерігаючи, як ця машина діє, людина може отримати практичне розуміння квантової механіки, подібно до того як дитина, котра грається з дзиґою, сприймає принципи моменту імпульсу, втілені іграшкою. Без практичного досвіду спостереження за фактичною поведінкою атомів наше розуміння залишається поверхневим. «Іграшкові» квантові компютери, які ми конструюємо сьогодні, це машини, що дозволяють нам дізнатися все більше про те, яким чином фізичні системи передають та обробляють інформацію на квантово-механічному рівні.
Остання причина створювати квантові компютери полягає в тому, що це цікаво. На наступних сторінках ви зустрінетеся з деякими найпередовішими вченими та інженерами зі світовим імям: Джеффом Кімблом із Каліфорнійського технологічного інституту, творцем однієї з найперших у світі фотонних квантових логічних схем, Дейвом Вайнлендом із Національного інституту стандартів і технологій, який сконструював перший простий квантовий компютер, Гансом Мооєм з Дельфтського технологічного університету, чия група була однією з тих, хто раніше за всіх продемонстрував квантові біти в надпровідникових схемах, Девідом Корі з МТІ, який сконструював найперший молекулярний квантовий компютер, а його квантові аналогові компютери вміють виконувати обчислення, для яких знадобився б класичний компютер, більший за сам Всесвіт. Побачивши, як функціонують квантові компютери, ми зможемо осягнути обчислювальну здатність Всесвіту.
Мова природиКоли Всесвіт обчислює, він без зусиль розплутує складні структури. Щоб збагнути, яким чином він обчислює, і краще розібратися в цих складних структурах, ми повинні дізнатися, як він передає та обробляє інформацію. Іншими словами, ми повинні вивчити глибинну мову природи.
Вважайте мене свого роду атомним масажистом. Оскільки я професор квантово-механічної інженерії в МТІ, моя робота полягає в масажуванні електронів, фотонів, атомів та молекул до тих особливих станів, в яких вони стають квантовими компютерами та квантовими комунікаційними системами. Атоми крихітні, проте сильні; витривалі, проте чутливі. До них легко говорити (вдарте по столу і ви поговорили з мільярдами них), але їх важко слухати (ви не можете розповісти мені, що стіл сказав у відповідь на удар). Їм байдуже до вас, вони не втручаються в чужі справи і роблять те, що завжди робили. Але якщо ви масажуєте їх саме так, як треба, ви можете причарувати їх. Вони обчислюватимуть для вас.