Vào một buổi sáng khi đang lái xe tới chỗ làm việc, tôi nghe thấy trên đài một lời phán xét rất tuyệt rằng phụ nữ am hiểu máy tính hơn đàn ông[1]. Phát thanh viên chỉ nói một cách không trực tiếp và khá thận trọng, tuy nhiên vấn đề cô trình bày lại rất rõ ràng. Sau khi cô giải thích quan điểm của mình, tôi thấy hình như cô đúng. Đàn ông lúc nào cũng thích chọc ngoáy máy tính, cô nói, tháo lắp, thêm bớt bộ nhớ và những linh kiện phụ, vv... trong khi phụ nữ tập trung vào nhiều thứ quan trọng hơn như gửi đi hàng trăm thiếp mời qua thư điện tử để mời dự một bữa tiệc báo hỷ. Điều này hoàn toàn nhất quán với những kinh nghiệm của riêng tôi về những gì dính dáng đến máy móc, kỹ thuật. Những lúc hỏng xe, tôi cứ loay hoay mần mò xem có chuyện gì, trong khi đó thì bà vợ chỉ muốn bỏ bao nhiêu tiền cũng được gọi thợ sửa cho chóng rồi còn đi xem phim. Bằng vào trực giác, phụ nữ dường như hiểu rõ hơn đàn ông rằng, máy móc hoạt động ra sao ít quan trọng hơn nhiều so với việc người ta dùng nó để làm gì.

Tính toán bằng máy tính phải dựa vào

một tháp khổng lồ các tầng chức năng.

Máy tính là một ví dụ rõ ràng nhất về công nghệ trong đời sống, vì nó quá ư rành mạch về mặt thứ bậc. Cao hơn cả, máy tính là những công cụ dùng để lưu trữ và gửi thư điện tử, để tiến hành tốt những trao đổi đơn từ hành chính, và cho phép người ta tham gia mua bán đấu giá trên mạng. (Cũng có những công dụng khác nữa không hữu ích bằng, chẳng hạn như chơi trò chơi điện tử, tải lén ảnh khỏa thân, buôn đi bán lại những bài hát và những bộ phim đã có bản quyền, nhưng chúng tốn thời gian và cũng khỏi cần tính đến). Dưới tí nữa thì người ta có các thứ như bộ vi xử lý, bo mạch chính, các rãnh cắm mở rộng chứa rất nhiều thứ tuyệt vời mang các tên như Voodoo, Rage, mạnh đến mức phải gắn thêm quạt gió bên ngoài để làm mát máy. Dưới đó, người ta thấy có các vi chip silicon gồm những mạng lưới khổng lồ những dây điện và tranzito tí hon, và dưới nữa là các mạng nguyên tử silicon được sắp xếp một cách có trật tự để các electron và lỗ trống truyền qua[2]. Có thể gửi đi tất cả các thư báo hỷ bằng email mà không cần suy nghĩ quá cẩn thận, vì có một tháp chức năng khổng lồ rất đáng tin cậy, mỗi tầng tháp như vậy lại được dựa trên một tầng khác thấp hơn và hỗ trợ cho tầng chức năng cao hơn. Mỗi một tầng bậc hoạt động ra sao ta không cách gì thấy được. Thiếp mời có thể được gửi đi một cách dễ dàng bởi những chú lùn tí hon cưỡi ngựa giấy với mấy hình điện thoại nhỏ xíu, mặc dù chúng có thể khiến chúng ta phải trả thêm tiền.

Máy tính cũng là máy cả thôi. Giống bất cứ một cỗ máy nào khác như máy xén cỏ hay đầu máy hơi nước, máy tính hoạt động bằng cách di chuyển vật chất từ chỗ này sang chỗ kia. Do vật chất ở đây chỉ được tạo bởi các electron nên chúng có thể di chuyển một cách dễ dàng và với tốc độ chóng mặt, nhưng về mặt quan niệm thì nó cũng tựa như một cần pittong hay cái maniven ô tô[3]. Cuối cùng thì mục đích của kỹ thuật máy tính vẫn là lắp ráp các linh kiện được kết nối với nhau theo lối cơ giới để khiến một điều gì đó mang tính vật lý xuất hiện, ví dụ đưa mực in lên trang giấy, làm rung màng loa, hoặc xoắn tinh thể lỏng trong một pixel hiển thị. Các máy tính thường được chào hàng như một công nghệ kỳ diệu của thế kỷ hai mươi mốt, nhưng thực ra chúng là thành tựu đỉnh cao của thế kỷ mười chín.

Sự khác biệt cơ bản giữa máy tính và các loại máy móc khác nằm ở chỗ, đối với máy tính, người ta có thể dễ dàng cải biến những kết nối cơ học. Quá trình cải đổi được gọi là lập trình, và quá trình đó bề ngoài nom sang trọng không khác gì việc đánh máy một bài khóa luận, ngoại trừ việc tốn cà phê nhiều hơn và chửi thề nhiều hơn[4]. Nhưng chỉ nhìn bề ngoài thôi cũng dễ bị đánh lừa. Phải gọi hoạt động này là sửa ô tô chứ chả có tí gì giống như viết khóa luận cả. Nó dính dáng đến việc thiết kế những mối liên hệ cơ học phức hợp để kết nối các bộ phận đơn giản với nhau, mà rồi chúng có hoạt động hay không lại còn phụ thuộc vào tay nghề. Chỉ khác là, thay vì máy tiện và cờ-lê thì ở đây người ta sử dụng bút chì và bàn phím mà thôi.

Về sự dễ dàng trong việc cải biến thì cũng có vài ba khác biệt về phẩm tính giữa máy tính và ô tô. Ví dụ, khía cạnh kinh tế của việc thiết kế kỹ thuật đã bị thay đổi một cách cơ bản, khiến cho chi phí để làm ra con chip siêu nhỏ thấp hơn rất nhiều so với chi phí cho việc lập trình. Đó là lý do vì sao phần mềm lại đắt tiền như vậy, và vì sao việc giữ độc quyền về phần mềm lại khác xa đến thế so với việc giữ độc quyền đối với sắt thép, đường tàu hỏa và xăng dầu[5]. Việc lập trình và việc hằng ngày sử dụng máy tính cũng có nhiều nét tương đồng khiến hai việc đó trong đầu óc mọi người trở nên bị lẫn lộn với nhau xem như một sự trừu tượng hóa của tư duy. Trong thế giới máy tính, người ta bắt đầu nhầm trò chơi với công việc, công việc với trò chơi, nhầm hoạt động kinh doanh với cách hiểu căn bản về hoạt động này. Như hầu hết mọi người đều trải nghiệm, thông qua nhiều tầng bậc phức hợp của hoạt động kinh doanh, công việc tính toán trên máy tính đã bị coi như không dính dáng tới những cơ sở xuất phát của bản thân máy móc, và hiểu theo nghĩa này thì đây một ví dụ kinh điển về đột sinh. Các chương trình máy tính hiện đại được rất đông đảo các nhóm khác nhau thiết kế, mỗi nhóm trong số đó chỉ am tường một phần nhỏ của nhiệm vụ, và những chương trình này cuối cùng thường tương tác với nhau theo những lối mà những người sáng tạo ra chúng cũng không hình dung được. Hiện tượng mang tính xã hội học này là một hệ quả logic tất yếu của một sự việc đơn giản là, nhờ có điện mà việc lập trình trở nên rẻ.

Dùng bán dẫn để triệt tiêu sự khác biệt giữa nguyên nhân và kết quả là một thủ thuật làm cho việc cải biến trở nên dễ dàng. Điều này cũng đơn giản giống như suy nghĩ trong đầu óc con người. Khi lửa bật lên là tôi lập tức rụt tay ra khỏi mặt bếp nướng; cũng vậy, tôi lập tức với tay nếu bỗng nhớ rằng mình phải gọi điện. Mạch thần kinh phức hợp khiến tay tôi cử động có thể được khởi động do sự kích thích từ bên ngoài, chẳng hạn như lửa, hoặc do sự kích thích từ bên trong, chẳng hạn như việc chợt nhớ ra điều gì. Hai cái đó chẳng có gì khác nhau, mà chỉ là một phép phân loại trừu tượng. Nếu có thương tổn về mặt tâm thần thì hành động có thể không tuân theo ý muốn, trong trường hợp này người ta có thể bắt đầu nhầm lẫn những sự kiện thực với những sự kiện ảo. Tranzito là một bộ cân chỉnh. Nó cảm nhận một chuyển động của các electron trong một dây dẫn rồi khiến phát sinh chuyển động của các electron trong một dây dẫn khác luôn luôn cùng theo một kiểu, bất kể chuyển động ban đầu nhỏ đến đâu. Điều đó gây cho những chuyển động trong máy tính mang hình thức của những cuộc chơi được-ăn-cả-ngã-về-không, với mỗi dây dẫn luôn ở trong trạng thái hoặc bật hoặc tắt, chứ không có trạng thái trung gian. Nó còn khiến cho việc đo đạc một dây dẫn cho trước nào đó không đưa ra bất kỳ một thông tin nào về việc tín hiệu bắt nguồn từ đâu. Quyết định tắt hoặc mở có thể được đưa ra dựa trên một nguồn kích thích từ bên ngoài, một tranzito khác hoặc một ổ cực lớn các tranzito. Không có gì khác nhau cả.

Những tín hiệu trong máy tính mang tính Newton. Ta đôi khi quên khuấy mất điều này, vì máy tính có xu hướng được xem là những thứ huyền bí cũng đại loại như kiểu cơ học lượng tử, nhưng thực ra là hoàn toàn ngược lại. Sự huyền bí của máy tính xuất phát từ bản tính đột sinh của các chức năng thực dụng của nó chứ không phải từ những nguyên do vi mô. Ở cấp độ của bản thân các tranzito, máy tính được hoàn toàn xây dựng dựa trên ý niệm về tính chắc chắn tuyệt đối của phép đo, vì chỉ như thế thì mới tương hợp được với ý niệm hoặc bật hoặc tắt - hoặc sai hoặc đúng - ở bất kỳ thời điểm nào. Không chỉ những tranzito mới là những khái niệm kiểu Newton, mà chúng còn tạo ra tính Newton thông qua việc sản sinh ra những chuyển động lớn của electron trong mọi trường hợp. Trong quá trình đó, chúng giải phóng nhiệt, rất nhiều nhiệt[6]. Đó là lý do tại sao sờ tay vào các chip xử lý hiện đại lại nóng vậy, và tại sao chúng sẽ chết nếu quạt gió hoạt động không tốt. Hiện tượng tỏa nhiệt là cái cơ bản để duy trì độ tin cậy. Để thấy rõ tại sao lại như vậy, ta nên quay trở lại với ví dụ nổi tiếng về cây bút chì đứng bằng mũi của nó. Trên thực tế, quyết định đổ về phía trái thường xuyên hơn là đổ về phía phải, vì bút chì tiêu hao hết năng lượng vào nhiệt khi đổ kềnh xuống mặt bàn. Nếu không thế - nếu kết quả của sự va chạm với mặt bàn là một cú nẩy hoàn hảo - thì cây bút chì hẳn sẽ đứng thẳng lại một lần nữa và lại quyết định ngả sang trái hay phải lần thứ hai, nhưng lần này kết quả có thể ngược lại. Vì vậy nên việc tiêu hao năng lượng và sinh nhiệt là một việc mang tính cơ bản trong việc đưa ra quyết định, nhất là trong những tình huống dính dáng đến sự cân bằng mong manh ban đầu, và do đó cũng rất cơ bản đối với sự vận hành của máy tính. (Chúng ta cũng có thể nói như vậy về các thiết chế của con người, thể như các công ty và bộ máy chính quyền: không thể đảo ngược những quyết định quan trọng).

Hai sự cải biến nhỏ trong thiết kế tranzito cho phép người ta sản xuất ra những máy tính thực sự. Cải biến thứ nhất liên quan đến việc tạo cho các tranzito hai dây đầu vào, và khiến nó ở trạng thái bật nếu một trong hai đầu vào ở trạng thái bật. Cải biến thứ hai liên quan đến sự phủ định, sao cho tranzito phải ở trạng thái bật khi dây đầu vào ở trạng thái tắt, và ngược lại. Hai yếu tố thiết kế này được gọi là các yếu tố logic và chúng cấu thành cơ sở quan niệm của toàn bộ mạch vi tính. Những chiếc máy tính hiện đại đơn giản chỉ là một mạng logic khổng lồ và một chiếc đồng hồ - một bo mạch nhỏ có nhiệm vụ tắt bật dây dẫn một cách đều đặn, giống như tim đập. Những trái tim đồng hồ của các loại máy tính gia dụng hiện đại đập vô cùng nhanh - khoảng chừng một tỉ nhịp một giây - nhưng rất bền và cần mẫn. Tôi có mấy cái máy chết vì bệnh tim, nhưng những trường hợp như vậy rất hiếm. Lũ máy tính gần như lúc nào cũng trở nên lỗi thời rất lâu trước khi thần chết tới đón chúng đi.

Gần đây người ta quan tâm rất nhiều đến máy tính lượng tử, một kiểu phần cứng tính toán mới về cơ bản, có khả năng khai thác tính liên đới của hàm sóng lượng tử để tiến hành xử lý những bài toán mà máy tính thông thường hiện nay không thể làm được[7]. Có ý nghĩa nhất trong những bài toán này là việc tìm ra các số nguyên tố cực lớn và khả năng phân tích những số cực lớn khác ra thừa số một cách nhanh chóng. Kỹ thuật mật mã hiện đại dựa trên việc không thể sử dụng máy tính thông thường để phân tích một số thành tích của hai số nguyên tố cực lớn trong một thời gian hợp lý[8]. Tuy nhiên, việc tính toán bằng máy tính lượng tử đã để lộ ra gót chân Achilles của nó khi người ta phải đối mặt với việc đọc ra đáp số: những hiệu ứng đặc biệt khác thường mà máy tính lượng tử có được cũng lại chính là những hiệu ứng gây ra tính bất định lượng tử. Đúng là các hàm sóng cơ học lượng tử tiến triển theo cách tất định, nhưng quá trình chuyển chúng thành các tín hiệu để con người có thể đọc được lại tạo ra các sai số. Máy tính mà sai sót thì chẳng hữu dụng gì, vì vậy đối với việc tính toán bằng máy tính lượng tử cần phải có những giải pháp về mặt thiết kế nhằm khắc phục những sai sót trong đo lường. Một phương pháp có tính giáo khoa nhằm xử lý việc này là đặt một triệu bản sao của cùng một thí nghiệm vào một hộp nhỏ và đo những cái mà những bản sao đó hành xử một cách tập thể - chẳng hạn như việc phát sinh các từ trường dao động, xảy ra trong một máy tính lượng tử được thiết kế trên cơ sở các spin electron. Trong trường hợp này thì sự sai hỏng do quá trình đo đạc gây ra chỉ ảnh hưởng đến một vài bản sao mà thôi chứ không đụng chạm tới phần lớn các bản sao còn lại. Thủ thuật này rất có tác dụng vì ít nhất là trên nguyên tắc thì phần lớn những thủ thuật kiểu như vậy luôn cho phép bạn đọc được toàn bộ hàm sóng của bất kỳ chiếc máy tính lượng tử nào. Tuy nhiên, xét về mặt logic thì như vậy là bạn không hề tạo ra được một loại máy tính kỹ thuật số huyền thoại mới mẻ nào mà thực ra chỉ là một loại máy tính tương tự (analog) thông thường - một loại máy móc chúng ta không còn sử dụng trong kỷ nguyên hiện đại nữa vì chúng rất dễ dàng ngừng hoạt động do nhiễu[9]. Vậy là những người si mê máy tính lượng tử đã quên mất một điều mấu chốt là, nền tảng vật chất của sự tin cậy trong tính toán là tính Newton đột sinh. Người ta có thể cứ việc hình dung rằng mình đang tính toán mà không phải áp dụng các nguyên lý này, cũng giống hệt như người ta có thể tưởng tượng rằng mình đang chứng minh được sự phá vỡ đối xứng là do có một lực tác động mạnh đột ngột, nhưng có vẻ như đúng hơn cả thì phải nói là, về cơ bản ta sẽ không thể loại trừ được những sai sót trong tính toán, vì không có một nền tảng vật lý nào cả. Quan điểm cho rằng vấn đề này quá tầm thường là một quan điểm mang tính huyễn hoặc nảy sinh từ những niềm tin quy giản luận. Trong thâm tâm, tôi cứ hy vọng một cách tự nhiên là mình sai, và xin chúc cho những ai đang đầu tư nghiên cứu máy tính lượng tử gặp được nhiều may mắn. Tôi cũng xin khuyến cáo những ai đang nóng lòng đầu tư vào việc xây một cây cầu ở phía nam đảo Manhattan thì liên hệ với tôi ngay, vì thời gian khuyến mại chỉ có hạn.

Tất nhiên, các loại máy tính lượng tử có thực vẫn được làm từ thứ silicon xưa cũ ấy mà thôi[10]. Những nguyên lý bán dẫn người ta dựa vào đó để chế tạo ra các tranzito, cũng như sự khác biệt giữa dây dẫn thông thường và vật liệu cách điện, đều mang tính cơ học lượng tử cao. Chưa ai nghĩ đến điều này khi hiện tượng bán dẫn được Ferdinand Braun khám phá vào năm 1874; ông này tình cờ phát hiện ra tính chất bán dẫn ở một số muối sulfur kim loại, đặc biệt là quặng chì ga-len[11]. Chỉ mãi về sau này, cùng với sự phát triển của radar và phát minh ra tranzito, người ta mới hiểu một cách có hệ thống bản chất lượng tử của những hiệu ứng đó, chủ yếu được một nhân vật huyền thoại là John Bardeen tìm ra. Những chất cách điện có cấu tạo tinh thể dẫn điện rất kém, vì tất cả các electron của chúng đều bị trói buộc bởi các liên kết hóa học. Chẳng hạn trong trường hợp đặc biệt của silicon, mỗi nguyên tử có bốn nguyên tử lân cận và bốn electron để tạo liên kết - một số lượng electron vừa khít với quy tắc hai electron cho một liên kết. Tuy nhiên, ngược hẳn lại với các chất cách điện cực kỳ tốt như thạch anh hay muối ăn, những liên kết hóa học của silicon rất yếu và dễ dàng bị phá vỡ. Một khi liên kết bị gãy, một electron sẽ được tự do đi lại trong silicon, tạo ra một lỗ trống cũng dễ dàng dịch chuyển như vậy. Toàn bộ những hoạt động chỉnh lưu và khuếch đại của các tranzito đều xuất phát từ sự chuyển động của các electron và lỗ trống được thả tự do này, thông qua những biến đổi hóa học và các dây dẫn nối với nhau. Chính bản tính cơ học lượng tử là cái chi phối những quy tắc liên kết và sự chuyển động của các electron và lỗ trống được thả tự do đó.

Các electron và lỗ trống chuyển động đi lại qua các tinh thể silicon lạnh như thể chỗ không người[12]. Xoay quanh sự việc lạ lùng đó mà những tranzito hoạt động được, và sự việc lạ lùng đó cũng là lý do khiến cho một tranzito có hiệu quả cao không bao giờ được chế tạo từ những vật liệu không có cấu trúc tinh thể, như là cao su hoặc nhựa[13]. Thực vậy, sự đột phá mang tính then chốt về mặt kỹ thuật đánh dấu sự khởi đầu của kỷ nguyên silicon không phải là việc phát minh ra tranzito mà là việc phát minh ra phương pháp tinh lọc vùng, phương pháp loại bỏ một cách có hệ thống các tạp chất hóa học trong cấu trúc của các tinh thể. Khả năng của các electron và lỗ trống chuyển động được theo kiểu đạn đạo xuyên qua mạng tinh thể là hoàn toàn không rõ ràng, vì một mẩu silicon được cho là không khác gì với một phân tử khổng lồ và do đó phải được đặc trưng bởi những chuyển động cực kỳ liên đới của tất cả các electron, kể cả các electron đang liên kết. Vấn đề này chỉ có thể được giải quyết với giả thuyết cho rằng sự đột sinh đã làm tính liên đới mất ý nghĩa. Hóa ra đây chính xác là trường hợp phổ quát mà trong đó các chất cách điện có cấu tạo tinh thể có được những chuyển động tập thể đặc thù của tất cả mọi electron, nom như những chuyển động của các electron biệt lập. Toàn bộ nền tảng phức hợp lạ thường này chỉ đưa đến một hiệu ứng duy nhất là làm cho khối lượng gia tốc khác đi chút đỉnh so với khối lượng của electron tự do, và giảm đáng kể cường độ của các lực điện. Hiển nhiên điện tích của một lỗ trống là trái dấu với điện tích của một electron, vì nó biểu hiện cho sự thiếu hụt electron. Khi bàn về electron hay lỗ trống thì thực ra là người kỹ sư bàn về một trong những chuyển động tập thể nêu trên, chứ không phải về một hạt biệt lập nào. Đối với những mục đích về mặt kỹ thuật, thì tính phức hợp này cũng không quan trọng hơn bao nhiêu việc máy tính gửi thiếp báo hỷ như thế nào. Cái quan trọng là ở chỗ, bản tính tựa-như-hạt của chuyển động tập thể là điều chính xác và đáng tin cậy.

Electron và lỗ trống trong silicon mang tính cơ học lượng tử một cách tuyệt đẹp. Mặc dù chúng không hề tự do chút nào, và thậm chí còn cực kỳ vướng víu, nhưng các đối tượng này cung cấp cho ta một số trong những phép trắc nghiệm chính xác nhất về cơ học lượng tử xưa nay chưa từng có. Một ví dụ tuyệt vời là quang phổ vạch của các tạp chất phốt pho. Một lượng nhỏ nguyên tử phốt pho được đưa thêm vào silicon nóng chảy để thay thế cho các nguyên tử silicon trong mạng tinh thể khi mạng này kết tinh. Những nguyên tử phốt pho thế chỗ này sử dụng tới bốn trong tổng số năm electron vành ngoài để cùng tạo các liên kết hóa học, và để electron thứ năm đi lang thang. Tuy nhiên, khi nhiệt độ giảm xuống cực thấp, những electron lang thang quay trở lại vị trí và dính chặt ở đó, giống hệt như kiểu một electron dính chặt vào một proton để tạo thành nguyên tử hydro[14]. Tuy nhiên, thay vì phát ra ánh sáng nhìn thấy được với những bước sóng phân biệt, thì electron liên kết với tạp chất phốt pho lại phát ra tia hồng ngoại với những bước sóng phân biệt, vì các lực điện liên kết nó với phần phốt pho đã giảm đi rất mạnh. Ánh sáng này có thể được phát hiện bằng các phổ kế hồng ngoại thông thường. Quang phổ tạp chất không chỉ tương tự như quang phổ của một nguyên tử, mà về mặt vật lý là không thể phân biệt được với quang phổ của một nguyên tử, ngoại trừ những bước sóng đặc thù của ánh sáng phát ra. Bản tính tập thể của đối tượng tạo nên sự liên kết gần như hoàn toàn biến mất. Có rất nhiều thí nghiệm giống như vậy, vì bên trong một mẩu silicon là cả một thế giới thu nhỏ trong đó các lực điện bị yếu đi, khối lượng của các electron bị thay đổi, và electron có một người anh chị em ruột mang điện tích trái dấu có thể hủy nhau để tạo ra ánh sáng.

Bản chất lượng tử của các electron và các lỗ trống hầu như chắc chắn áp đặt một giới hạn cơ bản cho định luật Moore, một quan sát nổi tiếng được phát hiện bởi Gordon Moore, người sáng lập tập đoàn Intel; ông này cho rằng số tranzito có trên một diện tích silicon cho trước có khuynh hướng nhân đôi sau 18 tháng.[15] Định luật Moore là một trong những lý do chính khiến máy tính liên tục gây ngạc nhiên cho chúng ta trong khi các nguyên lý cơ bản làm nền tảng cho nó vốn vẫn rất đơn giản. Nhìn lại buổi đầu của kỷ nguyên máy tính, người ta phát hiện ra rằng việc tạo ra các tranzito và dây dẫn nhỏ hơn để có thể nhét thêm chúng thật nhiều vào một con chip silicon cũng là điều làm cho chúng đáng tin cậy hơn. Và vậy là bắt đầu một cuộc đua kéo dài cho đến tận hôm nay nhằm đạt được những mật độ tranzito ngày càng cao và cao hơn nữa. Ngay giờ đây, các nhà sản xuất chip đang phải vật lộn với những bài toán kinh hoàng về nhiệt phát sinh, về những giới hạn của kích thước in quang học, mà xưa nay họ chưa từng phải đối mặt với cái gì giống thế, nhưng hầu như ai cũng tin tưởng rằng rồi những bài toán đó sẽ được giải quyết nhằm duy trì định luật Moore cho tới tận giới hạn lượng tử. Tuy nhiên, chỉ trong vòng một thập kỷ gì đó nữa thôi là tranzito sẽ có kích thước thật nhỏ tới mức mang tính cơ học lượng tử - và vì vậy sẽ bắt đầu gây ra những sai lầm. Khi điều đó xảy đến, nó sẽ đánh dấu sự cáo chung của một thời kỳ đáng nhớ trong lịch sử mà ở đó những hậu quả của một khám phá nhỏ trong vật lý đã từng làm bùng nổ đối với nền kinh tế và làm biến đổi bộ mặt của thế giới.

Một trong những chiều hướng còn thú vị hơn của kỷ nguyên máy tính là càng ngày càng có nhiều sinh viên chuyên ngành vật lý không muốn hoặc không đủ khả năng lập trình cho máy tính. Vô cùng bực bội khi chợt phát hiện ra điều này, tôi đã phải sử dụng đến những biện pháp nghiêm khắc trong khoa của mình hòng chấn chỉnh lại, khiến sinh viên rất nản lòng, vì tôi thì lại rất giỏi lập trình và quan niệm rằng đó là một việc tất cả các nhà công nghệ có lòng tự trọng phải biết. Tuy nhiên, cuối cùng tôi nhận ra rằng các sinh viên đã đúng, còn tôi đã sai và do đó tôi dừng ngay chiến dịch. Trên đời này, lập trình máy tính là một trong những thứ giống như tự mình sửa xe, rất chi thú vị, rất chi tuyệt vời và hữu ích - nhưng tốn thời gian một cách vô lý. Sự thật là, việc hầu hết những ai được đào tạo bài bản đều phải biết tự lập trình cho máy vi tính của mình là một việc làm từ nay trở đi không còn mang lại hiệu quả nữa. Sử dụng thời gian một cách khôn ngoan là bỏ ít tiền ra mua lấy một chương trình mà ta đang cần chạy, hoặc bí lắm thì lên mạng tìm một phần mềm miễn phí.

Khi tôi còn học cao học vào những năm đầu của thập kỷ 70, vấn đề kinh tế lúc đó hoàn toàn ngược với bây giờ. Lao động của sinh viên thì rẻ mạt còn máy tính là những khối máy đắt khủng khiếp, chiếm toàn bộ một tầng của các trung tâm máy tính trong trường đại học. Chúng là những món đồ được nuông chiều, với hàng binh đoàn người hầu kẻ hạ làm việc theo ca suốt ngày đêm cùng với máy điều hòa nhiệt độ đặc biệt có nguồn điện dự phòng. Chúng tôi đã viết các chương trình máy tính cho những con vật kếch xù này tới tận khuya trên những cỗ máy kim loại xám xịt to như những con bò mộng. Một trong những chiếc máy đó lúc nào cũng kêu rền rĩ với cái mô tơ đang chạy cho đến khi người ta tra chìa khóa vào, lúc đó nó thường rùng lên, kêu đánh xoạch một cái, và dập dứt khoát một cái lỗ mới trên tấm phiếu mà người ta đã đục lỗ trước đó. Sau khi xong, người ta thường mở khóa, và cỗ máy sẽ cà-rịch-cà-tang-cà-rịch-cà-tang xoay xoay tấm phiếu cho rơi tới đáy của chồng giấy, và rồi tuồn một phiếu trắng mới vào. Những chương trình máy tính chúng tôi viết ra có thể được hình dung như một xấp phiếu đục lỗ theo cách đó, buộc lại với nhau bằng dây thun và đem cất vào các hộp phiếu. Để chạy chương trình, người ta đưa xấp dữ liệu cho một người phục vụ để người này đút nó vào ổ đọc phiếu, là một thiết bị nom như một máy bào gỗ chạy xăng và kêu như một chiếc máy hút bụi có một cái lá bị kẹt trong quạt gió. Phía đằng hậu, dưới lớp nắp cách âm bằng kim loại, máy in ngày đêm rền rĩ và điên cuồng nhả ra hết trang giấy này đến trang giấy khác loại giấy trắng khổ lớn dùng cho máy tính, tuồng như nó đang cáu tiết chuyện gì vậy. Cứ vài phút người phục vụ lại phải gom dữ liệu đầu ra một lần; muốn làm được việc này anh ta buộc phải mở nhanh nắp cách âm, làm cả phòng vang lên những tiếng cọt kẹt chói tai. Người phục vụ sau đó phải xé dữ liệu đầu ra sao cho đúng những vết nối, xếp vào thùng cho sinh viên đến lấy. Dữ liệu đầu ra này hầu hết bao gồm rặt thứ bùa chú vô nghĩa không cách gì hiểu nổi liên quan tới hệ điều hành, với những thứ người ta đã thực sự tính toán ở trang cuối - trừ khi mã có lỗi, trong trường hợp đó người ta có thể không thu được một tí gì hoặc là một xếp giấy vô nghĩa dày có đến đốt ngón tay, tùy vào độ nghiêm trọng của sai sót. Phí tổn cho tất cả những thứ đó thì thật quá sức tưởng tượng. Tôi nhớ có lần nói chuyện với một cậu nghiên cứu sinh bạn tôi ngay sau khi anh xếp một chồng dữ liệu vào trong 3 hộp phiếu và thấy tay anh run run. Ngày xưa là thế đó.

Câu chuyện nổi tiếng nhất xưa nay về các chồng dữ liệu là câu chuyện ai đó lỡ tay đánh rơi hộp chứa một chương trình mô phỏng lớn về thủy động học, khiến cho phiếu phiếc bay tung tóe khắp nơi. Chương trình đó được nhanh chóng mang cái tên thánh là Nixon, vì rõ ràng là nó chắc sẽ chẳng bao giờ chạy lại được nữa. Nhưng may làm sao nó đã chạy lại được và trở thành hạt nhân của chương trình Lasnex tuyệt mật, con ngựa thồ hiện hành của việc mô phỏng sự tổng hợp hạt nhân bằng laser.[16]

Cái lõi của câu chuyện đùa về những thiên kiến giới tính trong kỹ năng sử dụng máy tính xuất phát từ một nhận xét quan trọng hơn cho thấy rằng, đối với sự hiện hữu, độ tin cậy và tính hữu dụng của máy tính, điều mà ta phải hàm ơn chính là các nguyên lý tổ chức -trong đó gồm cả các nguyên lý về kinh tế. Chẳng có gì mới mẻ việc phụ nữ ít gặp trở ngại hơn so với cánh đàn ông trong việc hiểu thế nào là tính ưu việt của các tổ chức, vì từ xa xưa người ta đã biết điều đó và nhiều sách vở cũng đã ghi chép về nó, đáng chú ý là trong Kinh Dịch.[17] Theo Lão giáo, vũ trụ phát triển đi lên nhờ vào sự xung đột với nhau của hai nguyên lý, âm và dương, dương thịnh thì âm suy, dương suy âm lại thịnh. Dương đại diện cho nam tính, cho mặt trời, cho nhiệt, cho ánh sáng, cho sự thống trị vv... Âm đại diện cho nữ tính, cho mặt trăng, cho các dạng chất, cho lạnh, cho sự phục tùng vv... Dương là phía nam rực ánh mặt trời của núi non, là cái tạo ra vạn vật; trong khi âm là phía bắc râm mát, trau chuốt cho vạn vật đã được tạo ra. Có lẽ khi cho rằng ta hiện đang ở kỷ nguyên của Âm, và mặc dù Dương mang lại sự hiện diện của máy tính, nhưng chúng chỉ đạt được khả năng tối đa của mình dưới sự thống trị của Âm mà thôi. Người phương Tây nói tương tự như vậy nhưng với một cách bỗ bã hơn, rằng máy tính sinh ra nguyên là chó, nhưng giờ đây đã biến thành mèo. Máy móc một khi đã được mang từ hiệu về nhà, chúng rất thông minh, biết tự phục vụ, thường xuyên tỏ ra phục tùng, và luôn bày mưu tính kế làm thế nào để bạn làm điều nó muốn. Nhưng khi bạn bổ não nó ra, tước bỏ đi sự gian giảo của nó, lật cái mã ngoài để mó tay vào đống dây nhợ, tranzito và các thuật toán ở phía dưới, bạn sẽ có được sự phục tùng vô điều kiện, lòng trung thành trước sau như một, sự ngay thẳng và tính giản dị - tức là như một chú cún.

❀ ❀ ❀

[1] Tôi nhớ tên cô phát thanh viên là Cokie Roberts nhưng không tìm thấy nguồn dẫn. Xem C. Roberts, We Are Our Mother’s Daughters (Nxb Wil iam Morrow, New York, 1998).

[2] Việc làm thế nào mà cái trận đồ bát quái dây rợ này hoạt động được đã được J.L. Hennesy, D.A. Patterson, và D. Goldberg giải thích trong cuốn Computer Architechture: A Quantitative Approach (Nxb Morgan Kaufmann, San Francisco, 2002)

[3] Một tài liệu tham khảo tuyệt vời về hoạt động và thiết kế bán dẫn là quyển sách của C.T. Sah, Fundamentals of Solid-State Electronics (Nxb World Scientific, Singapore, 1991).

[4] Để hiểu được tại sao lại có chửi thề ở đây, xin xem B.W. Kernighan và D.M. Ritchie, The C Programming Language (Nxb Prentice Hall, New York, 1988).

[5] Có một lượng tài liệu khổng lồ, chính trị hóa rất cao, về độc quyền phần mềm. Một số tác phẩm đại diện là của K. Aulett, World War 3.0: Microsoft and Its Enemies (Nxb Random House, New York, 2001); R.B. McKenzie, Trust on Trial: How the Microsoft Case is Reframing the Rules of Competition (Nxb Perseus Publishing, Cambridge, Massachusetts, 2000); D.B. Kopel, Antitrust after Microsoft: the Obsolesence of Antitrust in the Digital Era (Nxb Heartland Institute, Chicago, Il inois, 2001); S.J. Liebowitz và S.E. Margolis, Winners, Losers, and Microsoft (Independent Institute, Oakland, CA, 2001). Hàm ý lớn hơn của việc sở hữu sản phẩm điện tử được L. Lessing thảo luận trong cuốn The Future of Ideas (Nxb Random House, New York, 2001).

[6] Nhiệt lượng do microchip tỏa ra là một hạn chế cơ bản trong thiết kế. Mùa xuân năm 2004, Intel công bố họ ngừng việc nghiên cứu thiết kế thế hệ mới nhất các bộ vi xử lý (mã hiệu Tejas và Jayhawk) vì nhiệt lượng tỏa ra quá lớn. Xem số ra ngày 15 tháng 5/2004 của tờ International Herald Tribune, http://www.iht.com/articles/50233.html

[7] Có rất nhiều tài liệu về máy tính lượng tử, rất may là hiện giờ chúng không tăng lên nhiều thêm nữa. Xem G. Johnson, A Shortcut Through Time: The Path to a Quantum Computer (Nxb Knoft, New York, 2003); R.K. Brylinski và G. Chen, Mathematics of Quantum Computing (Nxb Chapman and Hall, London, 2002); và D. Bouwmeester, A. Ekert, A. Zeilinger, và A.K. Ekert, The Physics of Quantum Information: Quantum Cryptography, Quantum Teleportation, Quantum Computation (Nxb Springer, Heidelberg, 2000).

[8] B. Schneider, Applied Cryptography: Protocols, Algorithms, and Source Code in C (Nxb Wiley, New York, 1995).

[9] Vấn đề nhiễu trong tính toán tương tự được B.H. Vassos và G.W. Ewing giải thích trong cuốn Analog and Computer Electronics for Scientists (Nxb Wiley, New York, 1993).

[10] . Một tài liệu kinh điển về các nguyên lý vật lý về bán dẫn, đó là cuốn Bonds and Bands in Semiconductors của J.C. Phil ips (Nxb Academic Press, New York, 1973).

[11] Ferdinand Braun cũng phát minh ra dao động kế. Xem F. Kurylo, Ferdinand Braun, a Life of the Nobel Prizewinner and Inventor of the Cathode-Ray Oscil oscope (Nxb MIT Press, Cambridge, Massachusetts, 1981). Xem thêm http://www.fbh-berlin.de/english/f-braun. htm.

[12] Chuyển động đạn đạo của điện tử và lỗ trống trong bán dẫn được nhận biết bởi cộng hưởng cyclôtron. Xem G. Landwehr, Landau Level Spectroscopy: Part II (Nxb North-Hol and, Amsterdam, 1990).

[13] Để có cái nhìn tổng thể về điện tử phi-tinh thể, xem J. Kanicki, Armophous and Microcrystal ine Semiconductor Devices, Volume II: Materials and Device Physics (Nxb Artech, Norwood, MA, 1992).

[14] Một ví dụ tuyệt đẹp về quang phổ dạng hydro trong silicon pha phốt pho, xem G.A. Thomas et.al., Phys. Rev. B 23, 5472(1981).

[15] . Về định luật Moore, xin xem G.E. Moore, Electronics 38 (1965). Xem thêm J. Fal ows, The Atlantic Monthly 288, 44 (2001), và www.intel .com /research/silicon/mooreslaw. htm.

[16] Xem J.D. Lindl, Inertial Confinement Fusion: The Quest for Ignition and Energy Gain Using Indirect Drive (Nxb Springer, Berlin, 1997).

[17] Có rất nhiều sách về triết lý đạo Lão. Xem A. Huang, The Complete I Ching: The Definitive Translation by the Taoist Master Alfred Huang (Nxb Inner Traditions Intl. Let., Rochester, Vermont, 1998).