võnguvad palju kiiremini kui helilained, suudavad need kanda tohutult rohkem informatsiooni kui heli. (Venitage mõttes näiteks pikka köiejuppi ja võngutage selle üht otsa siis kiiresti. Mida kiiremini sa seda otsa jõnksutad, seda rohkem signaale saad mööda köit saata. Seega infohulk, mille saab mahutada lainesse, suureneb, mida kiiremini sa seda väristad, st sagedust suurendad. Valgus on laine, mis võngub ligikaudu 1014 tsüklit sekundis (see on üks neljatesitkümne nulliga selle järel). Ühe biti info (st ühe või nulli) edasi kandmiseks kulub mitu tsüklit. See tähendab, et fiiberoptiline kaabel suudab ühes sagedusalas kanda umbkaudu 1011 bitti infot. Seda mahtu saab suurendada, mahutades ühte optikakiudu palju signaale ning siis köites kiud kaablisse. See tähendab, et kanalite arvu suurendamisega kaablis ja siis kaablite arvu suurendamisega saab edasi anda pea piiramatult infot.
Kolmanda ja kõige olulisema komponendina on arvutirevolutsiooni tagant tõuganud transistorite vähendamine. Lihtsalt öeldes on transistor värav või lüliti, mis suunab elektrivoolu. Kui võrrelda vooluringi torustikuga, on transistor lihtsalt klapp, mis kontrollib veevoolu. Samal moel nagu lihtne klapivääne võimaldab kontrollida suurt veevoogu, võimaldab transistor väikese elektrivoolu abil kontrollida ja võimendada palju tugevamat voolu.
Selle revolutsiooni südames on arvutikiip, mille sõrmeküüne suurusele räniplaadile saab mahutada miljoneid transistoreid. Sülearvuti sees on kiip, mille transistoreid näeb ainult mikroskoobiga. Neid hämmastavalt tillukesi transistoreid valmistatakse samal moel nagu T-särke.
T-särkide masstootmises luuakse kõigepealt šabloon, millel on soovitava mustri kujutis. Siis asetatakse šabloon riidele, selle peale pihustatakse värvi ning värv pääseb riideni ainult läbi šabloonis olevate avauste. Kui šabloon eemaldada, ongi T-särgile moodustunud soovitud muster.
Moore’i seaduse lõpp. Kiipe tehakse nagu T-särke. Kui särkide puhul pihustatakse kujutise saamiseks šabloonile värvi, siis kiipide puhul suunatakse šabloonile UV-kiirgust, mis kõrvetab ränikihtidele kujutise. Seejärel uuristavad happed kujundi välja, tekitades sadu miljoneid transistoreid. Kuid sellel protsessil on piirid.
Samal moel valmistatakse šabloone, millel on miljonite transistorite detailirohked piirjooned. Siis asetatakse see mitmest ränikihist koosnevale plaadile. Šabloonile suunatakse ultraviolettvalgus, mis pääseb šablooni avadest läbi ja säritab räniplaati. Plaati happes vannitades saab välja uuristada vooluringide piirjooned ja tekitada miljonitest transistoritest detailirohke mustri. Kuna plaat koosneb paljudest juhtivatest ja pooljuhtivatest kihtidest, on plaati eri sügavuselt ja mustritega uuristades võimalik luua äärmise keerukusega vooluringe.
Üks põhjus, miks kiipide võimsus on vastavalt Moore’i seadusele lakkamatult suurenenud, peitub selles, et on olnud võimalik luua šabloone ja kasutada UV-valgust, et söövitada räniplaatidesse aina väiksemaid ja väiksemaid transistoreid. Kuna UV-valguse lainepikkus on 10 nanomeetrit (nanomeeter on miljardik meetrit), tähendab see, et väikseim võimalik transistor, mille saab söövitada, on umbes 30 aatomi laiune.
See protsess ei saa lõputult kaugele minna. Ühel hetkel pole füüsikaliselt enam võimalik veel väiksemaid transistoreid söövitada. Ligikaudu saab isegi välja arvutada, millal Moore’i seadus enam ei kehti, st millal jõuame viimaks üksikute aatomite suuruste transistoriteni.
2020. aastal või varsti pärast seda kaotab Moore’i seadus tasapisi kehtivuse ja Räniorg võib aeglaselt muunduda Roostevööndiks, kui just ei leita asendustehnoloogiat. Füüsikaseaduste kohaselt lõpeb räniajastu ja me astume ränijärgsesse ajastusse. Seda seetõttu, et transistorite väiksuse tõttu võtab võimust kvantteooria või aatomifüüsika ning elektronid lekivad juhtmetest välja. Näiteks saab õhim kiht arvuti sees olla viie aatomi paksune. Füüsikaseaduse kohaselt võtab sel hetkel võimust kvantteooria. Heisenbergi määramatuse printsiip ütleb, et mistahes osakese kohta ei saa samaaegselt teada tema asukohta ja kiirust. See võib tunduda mõistusevastasena, kuid aatomite tasandil ei ole lihtsalt võimalik teada, kus elektron on, seega ei saa seda üliõhukeses juhtmes või kihis täpselt määratleda ja nii pääseb ta vältimatult välja, põhjustades vooluringis lühise.
Käsitleme seda kollapsit detailsemalt neljandas peatükis, kus analüüsime nanotehnoloogiat. Siinkohal aga edasi arutledes eeldame, et teadlased on ränile leinud asendaja, kuid arvutusvõimsus kasvab palju aegsemalt kui enne. Arvutite puhul tõenäoliselt jätkub eksponentsiaalne kasv, kuid kahekordistumise aeg ei ole enam 18 kuud, vaid palju aastaid.
PÄRISILMA JA TEHISTÕELISUSE SEGUNEMINE
Sajandi keskpaigaks peaksime kõik elama pärismaailma ja tehistõelisuse segus. Läätsedes või prillides saame näha virtuaalseid kujundeid, mis on ühitatud tegeliku maailma kujutistega. See on Jaapani Keio Ülikooli teadlase Susumu Tachi ja paljude teiste nägemus. Tema projekteerib spetsiaalseid prille, mis miksivad fantaasiat ja reaalsust. Tema esimene projekt paneb asju haihtuma. Külastasin professor Tachit Tokyos ja olin mõnede tema tähelepanuväärsete tegelikkust ja virtuaalset reaalsust ühendavate eksperimentide tunnistaja. Üks lihtne rakendus on objekti kaotamine (vähemalt prillidega vaadates). Kõigepealt panin selga spetsiaalse helepruuni keebi. Kui sirutasin käed välja, meenutas see suurt purje. Siis fokuseeriti üks kaamera mu keebile, ja teine kaamera filmis minu taga olevat vaadet, teel liikuvaid autosid ja busse. Hetk hiljem liitis arvuti need kaks pilti üheks, nii et mu taga olev pilt kuvati mu keebile, mis toimis ekraanina. Kui läbi spetsiaalse läätse vaatasin, siis mu keha haihtus, jäid vaid autode ja busside kujutised. Mu pea tundus keebi kohal hõljuvat kehatuna õhus nagu Harry Potter.
Professor Tachi näitas mulle veel erilisi prille. Neid kandes nägin tegelikke objekte ja sain need siis äkitselt ära kaotada. Loomulikult ei muutunud need ka päriselt nähtamatuks, lihtsalt spetsiaalsed prillid liitsid kaks pilti üheks. Need prillid on tilluke osa professor Tachi laiahaardelisemast programmist, ning prillidega nähtavat nimetatakse „rikastatud reaalsuseks“.
Sajandi keskpaigaks elame täielikult toimivas küberilmas, mis liidab pärismaailmale arvutist pärit kujutisi. See võib radikaalselt muuta töökohti, kaubandust, meelelahutust ja meie eluviisi. Rikastatud reaalsus mõjutaks vahetult ka tööstust ja turgusid. Esimene kommertsrakendus oleks objektide muutmine nähtamatuks (või „läbipaistvaks“) või nähtamatu ootamatult nähtavaks tegemine. Kui oled näiteks piloot või autojuht, saaksid näha 360 kraadi enda ümber ja isegi jalge alla, sest su prillid või kontaktläätsed võimaldaksid sul näha läbi lennuki või auto. Ei oleks enam nägemist takistamas „pimedaid nurki“, mis praegu põhjustavad arvukalt liiklusõnnetusi. Lahingutes näeksid reaktiivlennuki piloodid vastase lennukeid, kus iganes need lendavad (isegi neist allpool lendavaid) – nagu oleks nende endi lennuk nähtamatu. Ka autojuhid saavad visuaalset infot igast suunast, sest pisikesed kaamerad jälgivad ümbrust 360 kraadi ulatuses ja saadavad pildi autojuhi kontaktläätsele.
See on kasulik ka näiteks astronaudile, kes peab kosmoselaevas mingeid väliseid remonditöid tegema, sest ta näeks otse läbi seinte, vaheseinte ja laeva kere. Ja näiteks maa all ehitustöid tehes või midagi remontides näeb töömees keset juhtmete, torude ja klappide rägastikku täpselt, kuidas need kõik on ühendatud. Sellise nägemise abil võib päästa palju elusid – see võib olla suureks abiks gaasi- või auruplahvatuse korral, kui seinte taga asetsevad torud tuleb kiiresti parandada ja uuesti ühendada.
Maavarasid otsides saab „näha“ läbi maapinna maa-aluseid vee- või naftamaardlaid, sest sinu kontaktläätsesse saadetakse ümbruskonna ja maapinna all oleva kohta kolmemõõtmelist informatsiooni, mis on saadud infrapuna- ja UV-lainealas tehtud satelliit- ja aerofotode analüüsimise tulemusena.
Lisaks objektide „läbipaistvaks“ muutmisele saab teha ka täpselt vastupidist – tuua nähtamatu äkitselt nähtavale.
Arhitekt võib jalutada tühjas,
