Нанокомпютри: Компютрите наистина ли могат да бъдат микроскопични?

С подобряването на технологиите се увеличава и задвижването за намаляване на устройствата. Виждаме това навсякъде около нас; от еволюцията на суперкомпютрите до микрокомпютрите, светът се стреми да намали колкото е възможно повече.

Какво е Nanocomputing?

Както подсказва името, нанокомпютърът се отнася до изчислителни процеси и устройства, които са наистина малки. Това е термин, използван за описване на манипулация, обработка и представяне на данни от компютри, по-малки от микрометър. Наноизчислителните устройства са изработени от полупроводникови транзистори с дължина 100 нанометра и по-малка.

Нека да го разбием. Нанокомпютрите могат да бъдат разделени на две думи: „нано“ и „изчисления“. Изчисляването е използването на компютър (хардуер или софтуер) за обработка на данни и извършване на алгоритмични процеси. Нано е от думата нанометър. Подобно на сантиметър и метър, нанометърът е мерна единица за дължина и е една милиардна част от метъра.

Колко малък е нанометърът?

Да кажеш, че нанометърът е милиардна част от метъра, може да бъде много абстрактно за вас. И така, решихме да го свържем с ежедневния свят.

• Нишка от човешка ДНК е с диаметър 2,5 нанометра
• Лист хартия е с дебелина около 100 000 нанометра
• В един инч има 25 400 000 нанометра
• Един нанометър е около толкова дълго, колкото нокътът ви расте за една секунда
• Един единичен златен атом е с диаметър около една трета от нанометър
• В сравнителен мащаб, ако диаметърът на мрамора е един нанометър, тогава диаметърът на Земята ще бъде около един метър
• Човешката коса е с диаметър около 75 микрона (съкратено 75 μm) или 75 000 nm (нанометри)

Нанотехнологии и нанокомпютри

Нанотехнологията е използването на изключително малки неща като атоми и молекули за производство на системи, структури и устройства. Тя включва изследване (наука и инженерство) на материя с размери между сто и сто нанометра.

Нанокомпютърът е компютър с наистина мъничка схема, който може да се види само с помощта на микроскоп. Сегашните ни джаджи са направени от полупроводници с дължина под сто нанометра. Нанокомпютрите работят чрез съхраняване на данни в квантови точки или завъртания.

От какво е направен нанокомпютър?

Подобно на повечето компютри, нанокомпютрите са направени от компютърни чипове и единствената разлика е, че те са значително по-малки от микрочиповете, които познавате. Компютърните чипове са направени от полупроводник, наречен силиций.

С увеличаването на годините и стремежът към създаване на още по-малки устройства нараства, все повече транзистори се натъпкват в силиций. Съвременните процесори съдържат милиарди транзистори, свързани помежду си с фини медни проводници. Всеки транзистор служи като превключвател за включване / изключване, изпращане, получаване и обработка на информация и управление на тока през чипа.

Свързани: Какво е CPU и какво прави?

Предимства на Nanocomputing

Наноизчисляването означава изчислителни процеси, извършвани от устройства, намалени с десет или сто единици, докато те са по-малко от сто нанометра. Това мащабиране увеличава функционалността на веригата експоненциално до десет хиляди пъти.

Това също означава, че изчислителната мощност на устройството се увеличава милион пъти. Това води до намалена консумация на енергия и по-дълъг живот на батерията. Правенето на по-малки кутии и вентилатори за охлаждане на веригите също би било ненужно.

Нанокомпютрите също са значително по-бързи от другите микрокомпютри и са в състояние да извършват изчисления, които други компютри не биха могли да направят. Намаленият им размер също е допълнително предимство, тъй като те стават по-малки, по-леки и лесно преносими. Те също са имунизирани срещу шум и други смущения.

Недостатъци на нанокомпютрите

Въпреки че нанокомпютрите имат много предимства, той има и своите недостатъци. Изработването на устройства, които функционират въз основа на нанотехнологиите, е много скъпо и трудно. Мащабирането на устройствата до микроскопични размери изисква ниво на техничност и опит, което може да бъде постигнато само с големи количества средства.

Нанокомпютрите също представляват заплаха за настоящата икономика. Появата на нанотехнологиите, подобно на много други нови технологии, причинява съществени промени в много икономически области. Отначало нанокомпютрите биха били скъп лукс и непосилни, но с течение на времето те ще станат по-популярни и обичайни. Това би повлияло значително на пазара, тъй като технологиите и компаниите, които не се адаптират или подобряват, биха останали без работа. И това може да доведе до загуба на работни места.

Микроскопичната природа на нанокомпютъра също би била недостатък, тъй като те са практически неоткриваеми. Нанокомпютрите могат също така да бъдат направени в микроскопични записващи устройства и тайно да записват и нарушават поверителността на хората без никакво откриване.

Приложения на Nanocomputing

Предимствата на нанокомпютрите го правят полезен в различни области и процеси. По-бързите изчислителни процеси осигуряват повишено ниво на точност при разработване на машинно обучение и изкуствен интелект, прогнозиране на метеорологичните модели и разпознаване на сложни фигури в изображения.

Двете основни приложения на наноизчисленията, които имаме в този момент, са ДНК наноизчисленията и квантовите изчисления.

ДНК нанокомпютри

Нанокомпютрите включват използване на наномащабни структури за извършване на изчислителни процеси. Наномащабни структури като протеин и ДНК (дезоксирибонуклеинова киселина) могат да се използват за производство на нанокомпютри.

Изчисляването на ДНК включва използването на ДНК, хардуер за молекулярна биология и биохимия за извършване на изчислителни процеси вместо традиционните електронни изчисления, които използват силициеви чипове. Информацията в ДНК се представя с помощта на четирисимволна генетична азбука (A [adenine], G [guanine], C [цитозин] и Т [тимин]), вместо двоичните числа (1 и 0), използвани от традиционните електронни компютри.

Когато се прилага за отделни и непоследователни задачи, ДНК нанокомпютърът е по-добър от традиционния електронен компютър, тъй като може да съхранява по-голямо количество данни в паметта и да извършва множество операции в веднъж. ДНК нанокомпютрите са значително по-бързи от техните електронни аналози.

ДНК нанокомпютрите се прилагат в медицината за контрол на доставката на лекарства в кръвния поток и откриване на антитела в имунната система на човек.

Квантови изчисления

Подобно на ДНК нанокомпютрите, вместо да се използват традиционни силициеви чипове за извършване на изчислителни процеси, се използват квантови битове или кубити. Квантовият бит (кубит) е основна единица квантова информация. Това е квантовата версия на класическия бит, но може да съхранява по-голяма информация от малко.

Квантовите изчисления са тези, при които изчислителните процеси зависят до голяма степен от принципите на квантовата теория, т.е.поведението на енергията на атомни и субатомни нива. Докато компютрите използват 1s и 0s за кодиране на информация, квантовите изчисления използват кубити, които могат да съществуват в повече от едно състояние (като 1 и като 0) наведнъж.

Квантови компютри са изключително по-бързи от традиционния компютър. Квантовите изчисления могат да се използват за подобряване на машинното обучение, симулиране на реакция на наркотици, подобряване на транспортната логистика и финансови модели и обработка на голямо количество данни с висока скорост.

Нанокомпютрите и бъдещето

Нанокомпютърът е клон на нанотехнологиите, който включва намаляване на изчислителните системи и структури до няколко нанометра. Въпреки че може да отнеме няколко десетилетия, преди радикалните нанокомпютърни технологии да станат търговски постижими, нанокомпютрите ще направят революция в начина, по който работят и се изграждат компютрите.

Какво означава неотдавнашният недостиг на чипове за индустрията за интелигентен дом?

Разглеждаме по-отблизо как наскоро недостигът може да повлияе на нарастващата индустрия за интелигентни дома.

Прочетете Напред

За автора