Kde jsou hranice našeho technologického pokroku? Koncepty využití energie zmíněné v následujícím článku zní jako sci-fi, ale pro vědce a inženýry představují reálné výzvy budoucnosti. Vize pokročilých civilizací, energetických megastruktur a extrémně efektivních výpočtů nás nutí zamýšlet se nad tím, jaká budoucnost čeká na naši civilizaci a kam až nás mohou dovést inovace, pokud překonáme energetická a fyzikální omezení. Přečtěte si závěrečný díl série Počítačová termodynamika od Michala Rybky, abyste věděli, jaká nás čeká budoucnost.
Ruský astrofyzik a radioastronom Nikolaj Semjonovič Kardašev navrhl už v roce 1964 dělení civilizací podle toho, s jak velkými objemy energií jsou schopné efektivně pracovat. Astrofyzici si už v té době spočítali, že mezihvězdné cestování bude vyžadovat extrémní množství energie, pokud má být přijatelně rychlé – a tak Kardašev popsal tři stupně civilizace: Civilizaci prvního typu, která získala schopnost využívat veškerou energii svého vlastního světa včetně solární a geotermální, pak civilizaci druhého typu, která podobně dokáže využít veškerou energii svého slunce – a nakonec civilizaci třetího typu, která dokáže využít energii své vlastní galaxie včetně energie černých děr v ní obsažených.
Vážně! Existují hypotetické projekty černoděrových elektráren, které jsou založené na tom, že se snaží těžit energii černé díry, respektive jejího rotačního momentu. Vizionáři spekulují o šílených věcech, včetně tak zvaných Dysonových sfér, což je takový svého druhu skleník, který si civilizace postaví kolem své hvězdy, aby marně nesvítila do temnot a místo toho jí dávala energii celého svého zářivého výkonu.
Podobně, jako se Kardašev a Dyson zaměřili na velké struktury, se objevil i opačný myšlenkový směr, se kterým přišel astrofyzik John Barrow. Barrowova sedmistupňová škála se zaměřuje na „vývoj směrem dovnitř“, předpokládá, že pokročilá civilizace bude kontrolovat stále menší fyzikální struktury, až nakonec získá schopnost manipulovat se samotnou strukturou hmoty.
S tím, jak porostou naše schopnosti, časem dosáhneme nejlepšího možného uspořádání hmoty tak, aby počítala co nejvíce v co nejmenším možném objemu. Tomuto uspořádání hmoty se říká computronium – a jde o hypotetický materiál navržený Normanem Margolem a Tommasem Toffolim z MIT (1991). V jejich vidění světa je computronium programovatelný materiál schopný vysoce efektivně manipulovat s informací – a je to ideální prostředí pro „virtuální světy bez hranic“, ve kterých je možné simulovat celé civilizace. (Tak zvaná simulační hypotéza navržená švédským filozofem Nickem Bostromem předpokládá, že celá existence už simulovaná je.)
Civilizace, která dosáhne schopnost vytvářet obrovské a vysoce efektivní výpočetní struktury, pak může stavět skutečně obří stroje. Jednou z představ je Jupiter brain, představa o počítači planetárních rozměrů, který by vzhledem ke svému kulovému tvaru minimalizoval přenosové rychlosti mezi svými výpočetními prvky.
Podstatně extrémnější, ale také efektivnější, je idea obrovských struktur nazývaných matrjoškový mozek (matrioshka brain), se kterým v roce 1987 přišel Robert Bradbury. Ten předpokládá celou sadu obrovských Dysonových sfér fungujících jako počítače poháněné energií centrální hvězdy. První vrstva používá její záření ke své práci, neužitečnou energii vyzařuje jako teplo do další vrstvy, která vytěžuje další energii, opět vyzařuje nevyužitou energii, až se ji podaří téměř celou zpracovat. V podstatě jde o kompletní vytěžení veškeré dostupné energie pro účinnou práci obrovského superpočítače.
Ideje vizionářů zde nekončí, protože se zabývají i myšlenkami, jak počítat s extrémně malou dostupnou energií. Na konci vesmíru nebude mnoho volné energie, takže se teoretici začali zabývat otázkou, co dělat v případě, že výpočty narazí na Landauerův limit, tedy na minimální množství energie, které se spotřebuje při zničení jednoho bitu informace.
Výsledkem jejich úvah bylo to, že Landauerův limit sice nelze překonat, ale dal by se obejít v případě, že by se nám podařilo postavit adiabatické (zvratné) počítače, ve kterých by se informace pouze přeskupovala, ale nikdy by se neničila, respektive by se ničila jen v nezbytně nutných případech, například ve chvíli, kdy bychom potřebovali přečíst výsledek výpočtu.
Jeden z jejich návrhů využívá spinovou elektroniku (spintroniku), která pro svou práci používá nejen elektrický náboj elektronu, ale také jeho rotační moment (spin). Jejich model předpokládá, že informace by byla vyjádřena ve formě dvou navzájem kvantově svázaných elektronů – a přepnutí z nuly na jedničku a naopak by se nedělo elektricky, ale tím že bychom změnili spin jednoho z páru elektronů – a protože ten je kvantově svázaný s tím druhým, spin by se přes kvantové svácání překlopil i u něj – a celková informace, a tedy ani energie, by se tedy nezměnila. Nic bychom nepřidávali, nic neničili – to by nám, teoreticky, mělo dovolit obejít Landauerův limit a mít výpočty „skoro zdarma“.
Další podivně šílenou myšlenkou jsou tak zvané balistické výpočty (asynchronous ballistic reversible computing), což nemá překvapivě nic společného s balistikou, ale s myšlenkou, že jediná energie, která by do výpočtu vstupovala, by byla pohybová energie částic na vstupu – a pak by se výpočet odehrával formou jejich interakcí s jinými částicemi uvnitř stroje. Takový stroj by měl fungovat s tisícinou toho, co dokážou nejefektivnější klasické stroje – a na modelech se už pracuje, ale vyžaduje teploty blízké absolutní nule.
Nelze říci, že by vynálezci a vizionáři trpěli nedostatkem idejí o tom, kam bychom se mohli teoreticky posunout. Žádný z takových nápadů nepřijde brzo a asi nevytlačí konvenční počítače, ať už založené na křemíku, nebo na grafénu, rozhodně ne v blízké budoucnosti. Je ale dobré vidět, že ať narazíme na jakýkoliv problém, na jakýkoliv limit, vždy se najdou lidé, kteří začnou řešit, jak ho obejít a jak ho překonat.
i
V AlzaMagazínu pro vás máme i další články ze série Počítače a termodynamika:
Naše touha po pokroku a hledání nových možností nemá hranic. Vizionářské myšlenky možná nikdy neopustí úroveň teoretických konceptů, ale i samotná existence těchto myšlenek nás posouvá dál. Zásadní je, že pokaždé, když se setkáme s limity, objeví se nová cesta, jak je překonat, což nám dává naději na dosažení technologií, které jsme si dosud jen představovali.
