При проектировании полезных катализаторов и препаратов расчет будет все чаще заменять эксперименты, что приведет к значительно большей эффективности и откроет новые возможности для творческих исследований.

Многие технологические проблемы напрямую связаны со свойствами материалов. Создание более производительных аккумуляторных батарей (источников энергии) может привести к революции в области робототехники; повышение эффективности работы фотоэлементов может облегчить переход на широкомасштабное использование солнечной энергии; сверхпроводники, сохраняющие свойства при комнатной температуре, могут облегчить движение железнодорожного транспорта; прочные материалы позволят построить космический лифт, способный дешево и надежно связать Землю с космосом. В каждой из этих – и многих других – важных областей относительно небольшие улучшения ключевых свойств материалов могут кардинально изменить основные правила функционирования объектов. Можно ли это сделать? Ответ скрыт в наших уравнениях, но, чтобы извлечь его, надо произвести вычисления.

Здесь есть две проблемы: аппаратное и программное обеспечение. А 25 циклов закона Мура (глава 4) дали людям в целом и физикам в частности вычислительные средства огромной мощности. Рост, раньше бывший экспоненциальным, замедляется, больше не предполагая удвоения количества компонентов в интегральной схеме каждые два года, поскольку, когда миниатюризация достигает атомных масштабов, начинают действовать другие законы физики. Тем не менее в ближайшие десятилетия мы можем ожидать по крайней мере еще несколько циклов даже без резкого изменения ситуации в существующей полупроводниковой технологии.

Существует и ряд перспективных новых направлений. В основном обработка информации сегодня основана на перемещении электрического заряда, реализуемом как движение электронов. Но электроны движутся гораздо медленнее света, и их трафик порождает тепло, которое хлопотно удалять. Для передачи больших объемов информации на дальние расстояния уже регулярно используется свет – процесс, требующий преобразования из электронного кодирования в световое и обратно. При работе с ним преобразователи быстро становятся более эффективными и универсальными и могут превратиться в самостоятельные «фотонные» компьютеры.

Более революционной является перспектива квантовых компьютеров, использующих для кодирования информации явление квантовой запутанности. В принципе, это явление имеет сложную структуру, что позволяет использовать его для хранения и обработки информации с чрезвычайно высокой плотностью. К сожалению, сложность эту переоценить трудно. Весьма перспективными кажутся несколько возможных технологий для защиты и эксплуатации этого явления, но пока они находятся в зачаточном состоянии. Если большие и практичные квантовые компьютеры могут быть построены, они должны быть очень хороши в решении задач квантовой механики, высвобождая скрытую силу нашей основной темы.

Еще одно направление – возможность черпать вдохновение в биологии. Современные компьютеры в основном двумерны. Они базируются на чипах, которые должны производиться в условиях идеально чистого помещения, поскольку любое отклонение от этого требования может оказаться фатальным для их работоспособности. Если чип поврежден, его уже нельзя восстановить. Мозг человека отличается от чипов во всех отношениях: он трехмерный, создается в грязных условиях, не требуя при этом особого контроля со стороны, и способен восстанавливаться при сбоях и травмах. В системах, сохраняющих плотность записи, скорость и масштабируемость полупроводниковых технологий, существует хорошая возможность достижения этих характеристик, и нет явного физического барьера, не позволяющего реализовать эту идею.