định luật Moore sụp đổ và khiến nền kinh tế thế giới hỗn loạn nghiêm trọng, bởi
nền kinh tế hiện nay đang phụ thuộc vào tốc độ tăng trưởng theo cấp số nhân của
máy tính. Nếu điều này xảy ra, Thung lũng Silicon có thể biến thành một Rust
Belt
thứ hai. Để ngăn chặn khủng hoảng tiềm tàng này, các nhà vật lý trên khắp
thế giới đang kiếm tìm vật liệu thay thế silicon. Họ thử nghiệm đủ loại máy tính
khác, gồm máy tính phân tử, nguyên tử, ADN, chấm lượng tử, quang học và
protein, nhưng chưa loại nào sẵn sàng để sử dụng rộng rãi.
Cũng cần nói qua một vấn đề khác. Do bóng bán dẫn silicon ngày một nhỏ hơn,
chúng rồi sẽ đạt đến kích thước nguyên tử. Hiện tại, một con chip Pentium tiêu
chuẩn bao gồm nhiều lớp silicon với độ dày khoảng 20 nguyên tử. Trong khoảng
một thập kỷ nữa, những con chip này sẽ có các lớp silicon chỉ dày năm nguyên tử
và electron có thể bị rỉ ra theo dự báo của thuyết lượng tử, từ đó gây đoản mạch.
Nhu cầu về một loại máy tính hoàn toàn mới trở nên cấp thiết. Máy tính phân tử,
nhiều khả năng dựa trên vật liệu graphene, có thể thay thế chip silicon. Nhưng
đến một ngày, có lẽ ngay cả máy tính phân tử cũng sẽ gặp vấn đề như thuyết
lượng tử dự báo.
Đến lúc đó, chúng ta sẽ phải xây dựng một mẫu máy tính tối hậu - máy tính
lượng tử, hoạt động dựa trên loại bóng bán dẫn không thể nhỏ hơn: một hạt
nguyên tử duy nhất.
Sau đây là nguyên lý hoạt động của mạch silicon. Mạch silicon gồm một cổng có
thể mở hoặc đóng để đón hoặc chặn dòng electron. Thông tin được lưu trữ dựa
trên nền tảng các mạch đóng hoặc mở này. Hệ nhị phân, gồm chuỗi các số 1 và 0,
là cơ chế của quá trình này: 0 đại diện cho cổng đóng, và 1 đại diện cho cổng mở.
Giờ ta xem xét việc thay thế silicon bằng một hàng các nguyên tử riêng rẽ.
Nguyên tử giống như các nam châm nhỏ, có cực bắc và cực nam. Khi nguyên tử
được đặt trong từ trường, hẳn bạn nghĩ nó sẽ hướng lên hoặc xuống. Trên thực tế,
mỗi nguyên tử sẽ hướng lên và hướng xuống đồng thời, cho đến lần đo cuối
cùng. Tương tự, hạt electron có thể cùng lúc ở trong hai trạng thái. Điều này
tưởng như thách thức những hiểu biết thông thường, nhưng lại là sự thực trong cơ
học lượng tử. Lợi ích của cơ học lượng tử là vô cùng lớn. Bạn chỉ có thể lưu trữ
một lượng dữ liệu lớn vừa phải khi nam châm hướng lên hoặc xuống. Nhưng nếu
