Завдяки таким підпрограмам суцільна багатоклітинна кулька трансформується в порожнисту сферу — бластулу. Одна зі стінок бластули поступово вдавлюється всередину, аж до формування гаструли, тобто кульки з подвійними стінками. Після гаструляції розгортається ще один процес вдавлювання — нейруляція. На цьому етапі в зародку формуються три шари клітин: ектодерма, мезодерма й ендодерма. Наступні стадії ембріологічного розвитку надто складні, щоб описати їх у кількох абзацах, але фактично нічим не відрізняються від розглянутих початкових етапів: клітини діляться, обмінюються інформацією й залежно від цих обставин вирішують, як поводитися. Причина, через яку однакові клітини дають такі різні тканини, полягає в тім, що під час розвитку ембріона в різних клітинах вмикаються різні ділянки ДНК. Як наслідок — ентодерма слугує основною для травної, дихальної й ендокринної систем, мезодерма — кісток, кровоносної системи та серця, ектодерма — шкіри, головного та спинного мозку. І цей процес не припиняється з народженням. Він триває, поки немовля виростає в дитину, дитина — в дорослого, а дорослий поволі старішає. І найважливіше, що ви маєте затямити: цей процес самовільний. У геномі немає креслення дорослого організму, а є лише набір правил для окремої клітини. Людське тіло — та, власне, тіло будь-якої живої істоти на Землі — виникає завдяки тому, що кожна клітина дотримується однієї й тієї самої програми поведінки, закодованої в ДНК.
Закон Мура більше не виконується: ми давно не чуємо про подвоєння потужностей комп’ютерних мікросхем що півтора року. По суті, розробники апаратних засобів уперлися в стелю, і схоже на те, що всій галузі загрожує застій. Оптимісти очікують на прорив, подібний до винайдення напівпровідникового кристала пів століття тому, і пов’язують його з розробленням квантового комп’ютера. Песимісти ж заявляють, що цього не станеться й навряд чи в найближчому майбутньому варто сподіватися на появу квантової обчислювальної системи, спроможної виконувати практичні завдання. Спробуймо розібратися, хто з них має слушність.
Почнімо з того, що таке квантовий комп’ютер і чим він відрізняється від комп’ютера звичайного.
Квантовий комп’ютер — це обчислювальна машина, яка для оброблення даних застосовує квантово-механічні ефекти. Звичайний комп’ютер оперує бітами, які можуть набувати лише одного з двох значень: нуля або одиниці. Тобто під час обчислень традиційні комп’ютери перекодовують усі величини у двійкову систему й далі працюють тільки з нулями й одиницями. Квантовий комп’ютер натомість оперує кубітами, квантовими аналогами звичайного біта, і на відміну від останнього кубіт може чи бути нулем або одиницею, чи набувати будь-якого значення в проміжку між ними. Кажуть, що кубіт перебуває в суперпозиції двох станів: нуля й одиниці. У чому перевага? Відповідно до математичного опису квантової механіки взаємодія двох квантових об’єктів зумовлює формування проміжних станів з інформацією про всі можливі шляхи її розвитку. Для людей, які не надто цікавляться квантовою механікою, складно уявити, про що йдеться і нащо це взагалі потрібно. Загалом ви маєте розуміти, що за правильного використання квантовий комп’ютер буде значно кращим за традиційні комп’ютери у швидкості й ефективності. Та оскільки ми досі не запропонували жодної робочої моделі, а окремі експерти запевняють, що створення квантового комп’ютера в принципі неможливе, отже є якісь проблеми.
Перша полягає в тім, що квантовий комп’ютер виконуватиме швидше й ефективніше лише ті обчислення, які підготовлені спеціально для нього. Скажімо, він дасть змогу передбачати перебіг складних хімічних реакцій, моделювати тривимірну структуру білків, розв’язувати складні рівняння зі сфери насамперед квантової фізики, проте його поява аж ніяк не означатиме, що традиційні методи обчислень відійдуть у небуття. І далі залишатимуться завдання, які буде простіше виконувати на класичних комп’ютерах.
Друга проблема відчутно серйозніша. Кубіт — не якась абстракція. Його треба реалізовувати фізично. Біт у традиційних комп’ютерах, по суті, відіграє роль перемикача: струм тече — значення біта інтерпретують як одиницю, струму немає — біт дорівнює нулю. З кубітом усе складніше. У квантовому комп’ютері недостатньо вмикати та вимикати струм. Для реалізації кубіту необхідно отримати доступ до елементарних частинок на кшталт фотона чи електрона та контролювати їхні квантові властивості, наприклад спін. Так ось, фізичний кубіт украй нестабільний. Навіть найменша взаємодія з навколишнім середовищем призводить до його колапсу в один із двох дискретних станів: 0 або 1. Цей процес називають декогеренцією. Відтак усі операції з кубітами в обчислювальній машині важливо провести до того, як квантова система сколапсує.