11.2. О роли квантовых свойств твердого тела в создании
информационных технологий

XXI век — век перехода наиболее развитых стран в информационное общество. Ключевые понятия для анализа этого перехода: ин­формация и технология.

Информация — это ограничение на число микросостояний системы, связанное с начальными условиями или внешними факторами. Таким образом, количество информации можно оценить как уменьшение энтропии "носителя" информации. Уменьшение энтропии реализуется в некоторой упорядоченности структур.

В науке нет общепринятой количественной характеристики информации. Информация, в отличие от энтропии, обладает качественным свойством — ценностью. Из-за квантовых эффектов знание начальных условий с течением времени определяет поведение системы все с меньшей вероятностью — информация деградирует, хотя энтропия может не меняться.

Информация может накапливаться, обрабатываться и передаваться с помощью современных информационных технологий.

Технология в информационном обществе – есть результат практического применения в материальной деятельности человека моделей современного естествознания, в том числе и квантовой физики.

В процессе перехода к информационному обществу происходит увеличение сложности или информативности технологии, что предъявляет повышенные требования к создателям новой технологии и к тем, кто на ней работает. Применение новых технологий – главный фактор экономического роста, социальной стабильности любого общества в современных условиях. Среди трудовых навыков умение обрабатывать информацию становится первостепенным. Повышается значимость фундаментального образования. К этим характерным чертам информационного общества приводит резкое уменьшение стоимости информационной технологии по сравнению со стоимостью промышленных технологий и увеличение стоимости "человекочаса".

Наибольшее влияние на развитие цивилизации в ХХ веке оказала квантовая физика и ее практические приложения. Примерно три четверти века лидировали атомная и ядерная физика, но в последующей четверти века лидерство захватили микроэлектроника, лазерная техника и в конце века лазерная связь, т.е. на передовые позиции вышли технологические применения целого ряда квантовых свойств твердого тела, в том числе и рассмотренных в данном пособии.

Микроэлектроника — направление технологии, связанное с созданием приборов и устройств в миниатюрном исполнении и использованием интегральной (групповой) технологии их изготовления. Характерный размер элементов — 0,3 - 0,5 мкм.

Типичными устройствами микроэлектроники являются: микропроцессоры, запоминающие устройства, интерфейсы и др. На их базе создаются компьютеры, системы автоматизации и управления в промышленности и сельском хозяйстве, контрольно-измерительные приборы, медицинское оборудование, средства связи и передачи информации и т. п.

Микроэлектроника базируется на использовании квантовых эффектов в твердом теле и в первую очередь в полупроводниках. Важными для хранения информации оказались и магнитные свойства твердых тел, которые также получили свое объяснение в модели обменного взаимодействия особых квазичастиц – магнонов (частиц с перевернутым спином) с помощью спиновых волн.

Основа элементной базы микроэлектроники — интегральные схемы — создаются с помощью планарных технологий на монокристаллических подложках и представляют собой матрицу однотипных элементов, например транзисторов, способную выполнять логическую операцию любой сложности. Современные интегральные схемы содержат до 107 элементов на кристалл.

Достигнутый уровень развития микроэлектроники не только позволил с помощью ЭВМ многократно усилить интеллектуальные способности человека, но и сделал возможным начало прикладных исследований и практических разработок систем искусственного интеллекта.

Предполагается дальнейшее уменьшение размеров элементной базы на основе нанотехнологий и также развитие новой ветви  микроэлектроники в направлении копирования процессов в живой клетке, и ей присвоен термин "молекулярная электроника" или "биоэлектроника".

Особое значение приобретает лазерная связь с использованием инфракрасного излучения полупроводниковых лазеров (l ~ 1 мкм) позволяющая существенной поднять скорость и качество передаваемой информации, повысить надежность  и секретность.

Лазерные линии связи, действующие в ближнем космическом пространстве, обеспечивают обмен информацией между искусственными спутниками Земли, через которые можно устанавливать связь между любыми точками Земли.

Наибольшее распространение получили волоконно-оптические линии связи (ВОЛС). Они уже сегодня работают со скоростью передачи информации 2,5 Гбит/с и более. По одному волокну — стеклянной нити чуть толще волоса — можно одновременно передавать 32000 телефонных разговоров или 60 цветных телевизионных программ.

Волоконно-оптические линии связи объединят ком­пьютеры и локальные сети в единую мировую информационную сеть — основу информационного общества будущего. Например, в Японии к 2015г. планируется провести оптическое волокно к каждому дому, к каждому рабочему месту.

Квантовая физика стала основой энергосберегающих и экологически безопасных промышленных каталитических и ферментных технологий на основе электронной модели современной химии. Успехи в биотехнологиях и генной инженерии также взаимосвязаны с квантовомеханическими теориями и успехами в создании на ее основе систем, позволяющих быстро и эффективно решать задачи в области естественных наук, при управлении не только техническими, но и биологическими объектами, а также в социально – политической сфере человеческой деятельности.

Именно квантовой физике мы обязаны научному обоснованию наряду с классической стратегией познания, выраженной в традиционной логике: “или” - “или”, неклассической стратегии познания, выраженной в неподвластной традиционному мышлению логике: “и” – “и”. Информационное общество, как новая человеческая цивилизация, должно строиться на комплексном единстве классической и неклассической стратегий познания и на глобальном эволюционизме самого понятия технологии от традиционного способ преобразования природы к “средству выжить” в тесном единстве с природой обеспечивая при этом себя материальными благами и комфортными условиями существования.