Hol vannak a technológiai fejlődésünk határai? A következő cikkben említett energiafelhasználási koncepciók sci-finek hangzanak, de a tudósok és mérnökök számára valós jövőbeli kihívásokat jelentenek. A fejlett civilizációk, energetikai megastruktúrák és extrém hatékony számítások víziói arra késztetnek, hogy elgondolkodjunk: milyen jövő vár a civilizációnkra, és meddig juthatunk el az innovációkkal, ha képesek leszünk átlépni az energia- és fizikai korlátokat. Olvasd el Michal Rybka Számítógépes termodinamika sorozatának záró részét, hogy lásd, milyen jövő várhat ránk.
Az orosz asztrofizikus és rádiócsillagász, Nyikolaj Szemjonovics Kardasev már 1964-ben javasolta a civilizációk felosztását aszerint, hogy mekkora energiamennyiségekkel képesek hatékonyan dolgozni. A csillagászok már akkor kiszámolták, hogy a csillagközi utazás extrém mennyiségű energiát igényel, ha elfogadhatóan gyors akar lenni – ezért Kardasev három fokozatot írt le: az első típusú civilizációt, amely képes a saját bolygója teljes energiáját hasznosítani (beleértve a nap- és geotermikus energiát), a második típust, amely hasonlóan képes a saját Napja teljes energiáját kihasználni, és végül a harmadik típust, amely a saját galaxisának energiáját is ki tudja használni, beleértve a benne lévő fekete lyukak energiáját is.
Tényleg! Léteznek hipotetikus projektek fekete lyukas erőművekre is, amelyek azon alapulnak, hogy a fekete lyuk energiáját – pontosabban a forgási impulzusmomentumát – próbálják „kitermelni”. A vízionáriusok egészen őrült dolgokról spekulálnak, többek között az úgynevezett Dyson-szférákról: ez egyfajta „üvegház” a csillag körül, amelyet egy civilizáció azért építene, hogy a csillag ne a sötétbe sugározzon, hanem a teljes sugárzási teljesítményével a civilizációt lássa el energiával.
Ahogy Kardasev és Dyson a nagy struktúrákra fókuszált, megjelent egy ellenkező gondolati irány is, amelyet John Barrow asztrofizikus vetett fel. Barrow hétfokozatú skálája a „befelé fejlődésre” koncentrál: feltételezi, hogy egy fejlett civilizáció egyre kisebb fizikai struktúrákat lesz képes kontrollálni, mígnem végül magának az anyagnak a szerkezetét is manipulálni tudja.
Ahogy nőnek a képességeink, idővel elérhetjük az anyag lehető legjobb elrendezését arra, hogy a lehető legkisebb térfogatban a lehető legtöbbet számoljon. Ezt az anyagelrendezést computroniumnak nevezik – egy hipotetikus anyagnak, amelyet Norman Margolus és Tommaso Toffoli (MIT, 1991) javasolt. Az elképzelésükben a computronium egy programozható anyag, amely rendkívül hatékonyan képes információt manipulálni – ideális közeg „határtalan virtuális világok” számára, ahol akár teljes civilizációkat is lehet szimulálni. (A svéd filozófus, Nick Bostrom által javasolt szimulációs hipotézis szerint lehet, hogy maga a teljes létezés is már szimulált.)
Egy olyan civilizáció, amely képes óriási és nagyon hatékony számítási struktúrák létrehozására, ténylegesen hatalmas gépeket építhet. Az egyik elképzelés a Jupiter brain: egy bolygóméretű számítógép koncepciója, amely a gömb alakja miatt minimalizálná az adatátviteli távolságokat a számítási elemei között.
Még extrémebb, ugyanakkor hatékonyabb ötlet az úgynevezett matrjoska-agy (matrioshka brain), amelyet Robert Bradbury vetett fel 1987-ben. Ez egy egész sor, számítógépként működő Dyson-szférát feltételez, amelyeket a központi csillag energiája hajt. Az első réteg a csillag sugárzását használja, a fölös energiát hőként kisugározza a következő réteg felé, amely újabb energiát nyer ki belőle, majd ismét továbbadja a maradékot – egészen addig, amíg szinte az összes elérhető energiát „munkára” nem fogja. Lényegében a teljes rendelkezésre álló energia majdnem teljes „kitermelése” egy óriási szuperszámítógép hatékony működtetéséhez.
A vízionáriusok ötletei itt sem állnak meg: azzal is foglalkoznak, hogyan lehetne extrém kevés elérhető energiával számolni. A világegyetem „végén” nem lesz sok szabad energia, ezért a teoretikusok azt a kérdést kezdték boncolgatni, mi történik, ha a számítások elérik a Landauer-határt – vagyis azt a minimális energiamennyiséget, amely egyetlen információbit megsemmisítésekor elkerülhetetlenül elhasználódik.
Az egyik következtetés az lett, hogy a Landauer-határ ugyan nem léphető át, de megkerülhető lehetne, ha sikerülne adiabatikus (reverzibilis) számítógépeket építeni, amelyekben az információ csak átrendeződik, de nem semmisül meg – illetve csak a legszükségesebb esetekben, például akkor, amikor ki kell olvasni a számítás eredményét.
Egy ilyen javaslat a spinelektronikát (spintronikát) használná, amely nemcsak az elektron töltését, hanem a saját impulzusmomentumát (spin) is „munkára fogja”. A modell szerint az információ két, egymással kvantumosan összefonódott elektron formájában lenne kifejezve – a 0 és 1 közti váltás pedig nem elektromosan történne, hanem úgy, hogy az elektronpár egyik tagjának spinjét változtatnánk meg. Mivel a két elektron kvantumosan összefonódott, a spin az összefonódáson keresztül „átbillenne” a másiknál is – így az összinformáció, és vele együtt az energia sem változna. Nem adnánk hozzá semmit, nem semmisítenénk meg semmit – ez elméletileg lehetővé tenné a Landauer-határ megkerülését, és a „majdnem ingyen” számításokat.
Egy másik, furcsán őrült ötlet az úgynevezett ballisztikus számítás (asynchronous ballistic reversible computing). Meglepő módon ennek semmi köze a ballisztikához, inkább ahhoz a gondolathoz, hogy a számításba belépő egyetlen energia a bemeneti részecskék mozgási energiája lenne – maga a számítás pedig a részecskék más részecskékkel való kölcsönhatásain keresztül menne végbe a gépen belül. Egy ilyen gép az eddigi leghatékonyabb klasszikus gépek energiaigényének ezredével működhetne – a modelleken már dolgoznak, de ehhez az abszolút nullához közeli hőmérséklet kell.
Nem lehet azt mondani, hogy a feltalálók és vízionáriusok szűkölködnének abban, merre mozdulhatnánk el elméletben. Ezek közül egyik ötlet sem jön el hamar, és valószínűleg nem szorítják ki a hagyományos számítógépeket – akár szilíciumra, akár grafénre épülnek – legalábbis a közeli jövőben biztosan nem. De jó látni, hogy bármilyen problémába, bármilyen korlátba ütközünk, mindig akadnak emberek, akik azon dolgoznak, hogyan lehet megkerülni, és hogyan lehet átlépni rajta.
i
Ezek a cikkek is érdekelhetnek:
A fejlődés iránti vágyunk és az új lehetőségek keresése nem ismer határokat. A vízionárius ötletek talán sosem lépnek túl az elméleti koncepciók szintjén, de már az is előrevisz, hogy ezek a gondolatok léteznek. A legfontosabb, hogy valahányszor korlátokba ütközünk, mindig megjelenik egy új út, amellyel át lehet lépni rajtuk – és ez reményt ad arra, hogy egyszer eljuthatunk olyan technológiákig is, amelyeket eddig csak elképzeltünk.
