Limity v konstrukci procesorů

Více informací však nevyhnutelně znamená potřebu větší výpočetní síly. Legendární Mooreův zákon přitom říká, že přibližně každých 18 měsíců se zdvojnásobuje počet tranzistorů, které tvoří jeden čip. Dnes se jich na běžném čipu tísní až 30 milionů¹. Aby však byla výroba rentabilní, není možné zvětšovat plochu, kterou čip zabírá. To proto, že čím větší jsou plátky křemíku tvořící základní vrstvu čipu, tím větší je pravděpodobnost, že v takovém plátku bude defekt, který učiní čip nepoužitelným. To zákonitě vede ke zmenšování velikosti jednotlivých elementů, jako jsou například tranzistory. To ale také znamená nutnost zjemňování litografické technologie, kterou se na čipu leptají spoje. Dnešní špičková 0,13 mikronová technologie umožňuje propojovat tranzistory šířky 70nm. Technologie 0,11 mikronů má být na světě za několik let. Přesto se obvykle považuje 0,02 mikronová hranice za mez v klasické konstrukci počítačů². To znamená, že kolem roku 2020 by Mooreův zákon přestával dodržovat výše zmíněné kritérium. Co přijde pak? Težko předvídat, ale ve vývojových laboratořích předních výrobců čipů se již dávno vymýšlejí další vylepšení současných technologií ať už jde o 3D čipy, které by měly na sebe naskládat více vrstev spojů nebo fotonické krystaly, jenž mají svými optickými vlákny vést mezi prvky čipu světlo vlnové délky podobné šířce vlákna, až třeba po biočipy, které by využívaly ke zpracování informace přírodou vytvořené nanometrové biologické struktury například v listech rostlin. Taková miniaturizace je zajisté slibná, ale nevyhnutelně směřuje k jedinému konci. A sice, že bude dosažena hranice velikosti jednotlivých molekul a atomů, tj. rozměrů kolem 0,1-0,5 nm. K nutné změně technologie se navíc přidává fakt, že náklady předních výrobců polovodičových komponent na nové výrobní haly se velmi strmě zvyšují, přičemž stejným tempem je tento trend v následujících letech neudržitelný. Pozoruhodné je, že prostá extrapolace těchto charakteristik do dalších let ukazuje na jejich společné dosažení kvantové úrovně kolem roku 2020, kdy má být informace kódována na úrovni částic. Na částicové úrovni ale přestávají platit jindy běžné fyzikální zákony makroskopického světa a na svém významu začíná nabývat do dnešní doby nejpřesnější a nejpodrobnější popis pozorovaného (i nepozorovaného) světa - kvantová mechanika. Když byly kvantové mechanice položeny v roce 1900 Maxem Planckem základy, zřejmě jen málokdo tušil, jaký dopad bude mít tato oblast fyziky na naše pochopení fyzikálního obrazu světa. Na Planckovy závěry totiž navázal později Niels Bohr se svým modelem atomu, v němž byly kvantovány energetické úrovně elektronů v atomu, což dokázalo vysvětlit jev vyzařovaného spektra atomu vodíku a stabilitu atomů. Úspěch Bohra pak o několik let později vedl Heisenberga, Schrödingera, Diraca, Pauliho a další přední fyziky k formulaci prvních základů moderní kvantové mechaniky, založené na aparátu vlnové funkce. Rozhodujícím rozvojem kvantová mechanika prošla poměrně krátce v letech 1923-1927. Shrňme si pro dokreslení situace v první pol. 20. století fundamentální poznatky a principy, které tehdy spatřily světlo světa:

1900: Max Planck - kvantování záření černého tělesa

1905: Albert Einstein - vysvětlení fotoelektrického jevu

1913: Niels Bohr - model atomu s kvantovanými energetickými hladinami

1923: Luis de Broglie - vlnově-částicová dualita

1925: Wolfgang Pauli - vylučovací princip

1925: Werner Heisenberg - maticová mechanika

1926: Erwin Schrödinger - vlnová mechanika

1926: Erwin Schrödinger - potvrzení ekvivalence maticové a vlnové mechaniky

         a vznik moderní kvantové mechaniky

1926: Max Born - navrhl statistickou interpretaci kvantové mechaniky

1927: Werner Heisenberg - princip neurčitosti

1932: John von Neumann - popis kvant. mechaniky operátorovou algebrou

Ani nás zřejmě nepřekvapí, že kromě von Neumanna dostali všichni za svůj příspěvek k rozvoji kvantové mechaniky Nobelovu cenu. Od té doby prošla kvantová mechanika značným rozvojem i větvením jejích různých specializovaných částí a uplatňuje se dnes také v příbuzných disciplínách, jako jsou například astrofyzika nebo kosmologie.