Míg az elmúlt ötven év során egyre összetettebb számítógépek jelentek meg, a következő évtizedekben az egyszerű, de mindenütt jelen lévő számítástechnika emelkedik fel – olvashatjuk a Business Week augusztusi technológiai összeállításában. – Túrakabát ujjára felvarrt, hajlékony képernyő, monitorként működő tapétával bevont falak, plasztikcsippel ellátott, nyomon követhető joghurtospohár. Ilyen képekkel illusztrálják a nemzetközi lapok a polimer elektronika forradalmát, amelyre a szakértők szerint már nem kell sokat várni.

Mert ez műanyag

A tavalyi, vegyészeti Nobel-díjat az elektromosságot vezető organikus műanyagok felfedezői kapták, akiknek munkássága a hetvenes évekbe nyúlik vissza. A gyártók reményei szerint – akik az utóbbi időben sokat fektettek az ilyen irányú fejlesztésekbe – az elsősorban félvezetőként alkalmazható szerves polimerek éveken belül egy többmilliárdos ipar felemelkedését eredményezhetik. Abban bíznak, hogy a hajlékony kijelzők még a hagyományos folyadékkristályos képernyőket is megfoszthatják trónjuktól, s hogy a smart tagek, azaz a vonalkódot felváltó, eldobható azonosító csipek piaca is beindul.

Jelenleg a képernyőkön apró szilíciumtranzisztorok szabályozzák a pixelek színeit, de ezek csak merev és törékeny kijelzők előállítására alkalmasak. A Philips Research kutatói a folyadékkristályos képernyők hagyományos tranzisztorait polimerből készültekkel helyettesítették, amelyek hajlékony műanyag és üveglapra egyaránt felvihetők, így jelentősen növekszik az alkalmazási lehetőségek száma. Sokan az akár hengerré is tekerhető kijelzőkben a régóta várt elektronikus papír előszelét sejtik.

A félvezető polimerek önálló fénykibocsátó képességük miatt külön fényforrást sem igényelnek, így az ilyen képernyők olcsóbban üzemelnek, és napfényben is jobb képet adnak, mint a hagyományos, háttérvilágítással működők. Gyorsaság terén viszont a polimerek soha nem vehetik fel a versenyt a szilíciummal, ezért csakis egy olyan piacot tudnak meghódítani, ahol a nagy mennyiség és az előállítás olcsósága a fő szempont. Ez utóbbit egy egyszerű tintasugaras nyomtatási eljárás teszi lehetővé: a tranzisztorként működő műanyagokat szó szerint tintává alakítva viszik fel a felszínre.

Olyan cégek, mint a Seiko Epson, a Motorola és a Xerox már konkrétan polimer tintákat és plasztik áramkörök, -kijelzők készítésére alkalmas nyomtatókat fejlesztenek. Idén májusban a Toshibától és a Matsushitától pedig napvilágot láttak az első olyan 17 colos képernyők, amelyeket speciális tintasugaras nyomtatókkal nyomtattak, míg a Sony és a Sanyo jövőre tervezi organikus kijelzős, hordozható számítógépeinek piacra dobását. Egyebek közt a DuPont továbbá falméretű kijelzőket fejleszt, amelyekkel akár évszakhoz mérten is beállíthatjuk majd szobánk színét. Minden ilyen esetben a legnagyobb kihívást a meghajtó áramkörök és csipek jelentik, mert amellett, hogy ezeknek könnyűnek és hajlékonynak kell lenniük, alacsony hőmérsékleten is kell működniük, ezért ideális lenne, ha ezek is műanyagból készülnének.

A Moore-törvény határai

Az ipari fejlesztések célja többnyire az, hogy minél több parányi tranzisztort – amelyek egy 0 vagy 1 érték ki- és bekapcsolásáért felelősek – belezsúfoljanak a szilíciumcsipekbe. Az Intel-társalapító Gordon Moore szerint 2017-ben elérkezünk a szilícium megmunkálhatóságának végső határáig. Attól kezdve ebben az anyagban fizikai képtelenség lesz a tranzisztorok sűrűségét növelni. A Moore-törvénynek elnevezett, a 70-es évekből származó felismerés értelmében a processzorok teljesítménye másfél-két évente megduplázódik. A köztudat ugyanígy alapigazságként kezeli a teljesítmény növekedésével párhuzamosan az árak csökkenését is, holott Moore kevésbé ismert második törvénye ezt a kérdést árnyaltabban közelíti meg. Ahogy közeledünk ugyanis az első törvény határához, szól az érvelés, a csipek előállítása egy ponton túl költségesebb lesz, azaz egy idő után nem csökkenni, hanem exponenciálisan növekedni fog az áruk.

A Hewlett Packard (HP) kutatóinak tavaly sikerült Moore törvényének határait kitolni egy polimer molekulákból álló memória megépítésével, amelynek sűrűsége tízszer nagyobb a jelenleg használatos memóriacsipekénél. A molekuláris réteg hagyományos szilíciumlemezek felszínére került rá, elvileg lehetőséget hagyva a két anyag előnyeit ötvöző hibrid megoldások fejlesztésére is. Míg a szilícium klasszikus megmunkálása 28–30 lépcsős vésési eljárással történik, a molekuláris tranzisztorok – kémiai folyamatok révén – képesek saját magukat felépíteni, vagyis előállításuk leginkább a gyógyszergyártáshoz lesz hasonlatos.

Az ilyen memóriacsipekből kikapcsolt állapotban sem törlődnek az adatok, ezért ideálisak lennének például digitális fényképezőgépek flash memóriájához. A The Economist becslése szerint az első ilyenek öt év múlva megjelenhetnek, míg az eldobható változat tömeges elterjedéshez a Business Week tíz évet jósol. A HP egyik kutatójának a korábban a Wired magazinnal megosztott látomása szerint: ha – a fekete dobozok helyett – memóriaként működő molekulákkal vonnák be a repülőgépek felszínét, később szükség esetén akár egy csipetnyi, gépről származó festék is elegendő lenne az információk visszanyeréséhez.

Nagyobb távlatokat nézve a műanyag molekuláris alkalmazása a kvantumszámítógépek alapja is lehet, ahol az információtárolás nem a hagyományos 0 vagy 1 megosztáson alapszik. Mivel itt mindkét érték egyszerre be lehet kapcsolva, egy kvantumszámítógép nagyságrendekkel több információt képes feldolgozni, mint a mai gépek. Épp ezért a kvantummechanika elvére épülő technológia az egyik legesélyesebb a Moore-törvény meghosszabbítására, de korántsem az egyetlen.

Gép a levesben

A DNS-alapú számítógépnek már az előállítása és az üzemeltetése is lombikcsövek mélyén zajló folyamatokat jelent. A DNS ugyanis tárolni, sőt feldolgozni is képes az információt. Az ezt kihasználó számítógép elvét 1994-ben dolgozták ki kaliforniai tudósok, az első prototípus pedig az elmúlt évben – épp a DNS-molekula felfedezésének ötvenedik évfordulóján – Izraelben készült el.

Az emberi szemnek a DNS számítógép nem több, mint egy kémcsőnyi vízoldat. Egy inputként és egy működési programként viselkedő DNS-molekulával szemben egyedül egy enzimfehérje képviseli a hardveres oldalt, az output pedig, bármiféle képernyős megjelenítés helyett, megint csak egy DNS-lánc formájában testesül meg. Az eszközt egy feladat megoldására a DNS szoftvermolekulák összetételének változtatásaival lehet beprogramozni. Az input DNS egy matematikai problémát jelképez, és a sok létrejövő output közül a számítógép megkeresi az egyetlent, ami kémiailag passzol a szerkezetéhez. Mindehhez külső energiaforrásra sincs szükség, mivel a DNS-molekula üzemanyaggal is ellátja a számítógépet, lévén, hogy nemcsak információt, hanem ugyanúgy energiát is tud tárolni.

Vannak olyan számítástechnikai feladatok, amelyeket eredendően nem tud megoldani egy DNS-gép. Azt meg tudja mondani, hogy egy egyesekből és nullákból álló sorozatban páros vagy páratlan-e az egyesek száma, de nem tudja megszámolni őket, mint ahogy helyesírást sem lehet vele ellenőrizni. Leginkább a bináris logikán túllépő, sokfelé ágazó kérdések problémáin lehet dolgozni vele. Ilyen például az utazóügynök-modell, amelyben azt kell meghatározni, hogy adott számú városokat miként lehet a legrövidebb útvonallal összekötni. Míg az asztali számítógépeket számítási feladat gyors elvégzésére tervezték, addig a DNS-láncok egyszerre több milliárd válaszon is tudnak dolgozni. Sokakban szült már aggodalmat, hogy ez nagy segítséget nyújthat majd kriptográfiai kódok feltörésénél, ahol szintén nagy számú lehetőséget kell rövid idő alatt végigpróbálni.

Gyorsaság terén a kémcsöves tudásgyárak garantáltan kenterbe verik szilárd rokonaikat: a tavaly bemutatott modell 330 trillió művelet elvégzésére volt képes másodpercenként, ami a leggyorsabb mai számítógépeknél is százezerszer gyorsabb. (Ez jelenleg a Guiness-rekordok könyve szerint a japán Earth Simulator, amely másodpercenként 35 trillió művelet elvégzésére képes, a feladata pedig az, hogy az egész bolygó időjárását modellezze.) Bár a rövid távú alkalmazhatóságra nincs sok kilátás, a jövőben DNS számítógépek akár emberi sejteken belül is előfordulhatnak, folyamatosan figyelve a kóros elváltozásokat, hogy szükség esetén azonnal összeállíthassák a megfelelő orvosságokat. A kockázatokról és mellékhatásokról pedig majd megkérdezhetjük informatikusunkat, rendszergazdánkat.