Nanokompiuterija: ar tikrai kompiuteriai gali būti mikroskopiniai?

Tobulėjant technologijoms, didėja siekis, kad prietaisai būtų kuo mažesni. Tai matome visur aplinkui; pradedant superkompiuterių raida ir baigiant mikrokompiuteriais, pasaulyje buvo siekiama kuo labiau sumažinti mastą.

Kas yra nanokompiuterija?

Kaip rodo pavadinimas, nanokompiuterija reiškia skaičiavimo procesus ir įrenginius, kurie yra tikrai maži. Tai terminas, apibūdinantis mažesnių nei mikrometras kompiuterių manipuliavimą, apdorojimą ir vaizdavimą kompiuteriuose. Nanokompiuteriniai įtaisai yra pagaminti iš puslaidininkinių tranzistorių, kurių ilgis yra 100 nanometrų ir mažesnis.

Sugrupuokime. Nanokompiuteriją galima suskirstyti į du žodžius: „nano“ ir „skaičiavimas“. Skaičiavimas yra kompiuterio (aparatinės ar programinės įrangos) naudojimas duomenims apdoroti ir algoritminiams procesams atlikti. Nano yra iš žodžio nanometras. Kaip ir centimetras ir metras, nanometras yra ilgio matavimo vienetas ir yra milijardinė metro dalis.

Kiek mažas nanometras?

Sakyti, kad nanometras yra milijardinė metro dalis, jums gali būti labai abstrakti. Taigi, nusprendėme susieti tai su kasdieniu pasauliu.

• Žmogaus DNR grandinės skersmuo yra 2,5 nanometro
• Popieriaus lapas yra apie 100 000 nanometrų storio
• Viename colyje yra 25 400 000 nanometrų
• Vienas nanometras yra maždaug tiek, kiek nagas užauga per vieną sekundę
• Vieno aukso atomo skersmuo yra maždaug trečdalis nanometro
• Palyginamuoju mastu, jei marmuro skersmuo būtų vienas nanometras, tai Žemės skersmuo būtų maždaug vienas metras
• Žmogaus plauko skersmuo yra maždaug 75 mikronai (sutrumpintai - 75 μm) arba 75 000 nm (nanometrų)

Nanotechnologijos ir nanokompiuteriai

Nanotechnologija yra ypač mažų dalykų, tokių kaip atomai ir molekulės, naudojimas sistemoms, struktūroms ir prietaisams gaminti. Tai apima medžiagos (mokslo ir inžinerijos) tyrimą, kurio matmenys yra nuo vieno iki šimto nanometrų.

Nanokompiuteris yra kompiuteris su tikrai mažomis schemomis, kurį galima pamatyti tik naudojant mikroskopą. Dabartinės mūsų programėlės yra pagamintos iš puslaidininkių, kurių ilgis mažesnis nei šimtas nanometrų. Nanokompiuteriai dirba kaupdami duomenis kvantiniuose taškuose ar sukiniuose.

Iš ko pagamintas nanokompiuteris?

Kaip ir dauguma kompiuterių, nanokompiuteriai yra pagaminti iš kompiuterio lustų ir vienintelis skirtumas yra tas, kad jie yra žymiai mažesni nei jūsų pažįstami lustai. Kompiuterių lustai gaminami iš puslaidininkio, vadinamo siliciu.

Didėjant metams ir augant siekiui sukurti dar mažesnius įrenginius, vis daugiau tranzistorių sutraukiama į silicį. Šiuolaikiniuose procesoriuose yra milijardai tranzistorių, sujungtų smulkiais variniais laidais. Kiekvienas tranzistorius tarnauja kaip įjungimo / išjungimo jungiklis, siunčiantis, priimantis ir apdorojantis informaciją bei valdantis srovę per lustą.

Susijęs: Kas yra procesorius ir ką jis veikia?

Nanokompiuterijos privalumai

Nanokompiuteris reiškia skaičiavimo procesus, atliekamus prietaisais, sumažintais dešimčia ar šimtu vienetų, kol jie bus mažesni nei šimtas nanometrų. Šis sumažinimas padidina grandinės funkcionalumą iki dešimties tūkstančių kartų.

Tai taip pat reiškia, kad įrenginio skaičiavimo galia padidėja milijoną kartų. Tai sumažina energijos suvartojimą ir ilgesnį akumuliatoriaus tarnavimo laiką. Taip pat nereikėtų gaminti mažesnių dėžučių ir ventiliatorių grandinėms atvėsinti.

Nanokompiuteriai taip pat yra žymiai greitesni už kitus mikrokompiuterius ir geba atlikti skaičiavimus, kurių kiti kompiuteriai negalėtų atlikti. Jų sumažintas dydis taip pat yra papildomas pranašumas, nes jie tampa mažesni, lengvesni ir lengvai nešiojami. Jie taip pat yra apsaugoti nuo triukšmo ir kitų trikdžių.

Nanokompiuterijos trūkumai

Nors nanokompiuterija turi daug privalumų, ji turi ir trūkumų. Gaminti prietaisus, kurie veiktų nanotechnologijų pagrindu, yra labai brangu ir sunku. Įrenginių sumažinimas iki mikroskopinio dydžio reikalauja tokio lygio technikos ir kompetencijos, kurį gali patenkinti tik didelės lėšos.

Nanokompiuteris taip pat kelia grėsmę dabartinei ekonomikai. Nanotechnologijų, kaip ir daugelio kitų naujų technologijų, atsiradimas sukelia esminius pokyčius daugelyje ekonominių sričių. Iš pradžių nanokompiuteriai būtų brangi prabanga ir neįperkama, tačiau laikui bėgant jie taptų populiaresni ir įprasti. Tai labai paveiktų rinką, nes nepritaikančios ar tobulinančios technologijos ir įmonės pasitrauktų iš verslo. Tai gali prarasti darbo vietas.

Mikroskopinis nanokompiuterio pobūdis taip pat būtų trūkumas, nes jų praktiškai negalima nustatyti. Nanokompiuterius taip pat galima paversti mikroskopiniais įrašymo įrenginiais, kurie be jokio aptikimo slapta įrašo ir pažeidžia žmonių privatumą.

Nanokompiuterijos programos

Dėl nanokompiuterijos pranašumų jis yra naudingas įvairiose srityse ir procesuose. Greitesni skaičiavimo procesai suteikia aukštesnį tikslumą kuriant mašininį mokymąsi ir dirbtinį intelektą, numatant oro sąlygas ir atpažįstant sudėtingas figūras vaizduose.

Šiuo metu turime dvi pagrindines nanokompiuterijos programas: DNR nanokompiuterija ir kvantinis skaičiavimas.

DNR nanokompiuterija

Nanokompiuterija apima nanodalelių struktūrų naudojimą skaičiavimo procesams kurti. Nanokompiuterių gamybai gali būti naudojamos tokios nanometrinės struktūros kaip baltymai ir DNR (dezoksiribonukleino rūgštis).

DNR skaičiavimas apima DNR, molekulinės biologinės įrangos ir biochemijos naudojimą skaičiavimo procesams atlikti vietoj tradicinio elektroninio skaičiavimo, kuriame naudojamos silicio mikroschemos. Informacija DNR pateikiama naudojant keturių ženklų genetinę abėcėlę (A [adeninas], G [guaninas], C [citozinas] ir T [timinas]) vietoj dvejetainių skaičių (1 ir 0), kuriuos naudoja tradiciniai elektroniniai kompiuteriai.

Taikant atskiras ir nuoseklias užduotis, DNR nanokompiuteris yra geresnis nei tradicinis elektroninis kompiuteris, nes jis gali kaupti didesnį duomenų kiekį atmintyje ir atlikti kelias operacijas kartą. DNR nanokompiuteriai yra žymiai greitesni nei jų elektroniniai analogai.

DNR nanokompiuterija taikoma medicinoje kontroliuoti vaistų patekimą į kraują ir aptikti antikūnus žmogaus imuninėje sistemoje.

Kvantinis skaičiavimas

Kaip ir DNR nanokompiuterija, vietoj to, kad skaičiavimo procesams atlikti būtų naudojamos tradicinės silicio mikroschemos, naudojami kvantiniai arba kubitai. Kvantinis bitas (kvitas) yra pagrindinis kvantinės informacijos vienetas. Tai klasikinio bitų kvantinė versija, tačiau joje galima kaupti didesnę informaciją nei šiek tiek.

Kvantinis skaičiavimas yra tas, kur skaičiavimo procesai daugiausia priklauso nuo kvantinės teorijos principų, t. Y. Energijos elgsenos atominiame ir subatominiame lygiuose. Nors kompiuteriai naudoja 1s ir 0s koduoti informaciją, kvantiniai skaičiavimai naudoja kubitus, kurie vienu metu gali būti daugiau nei vienoje būsenoje (kaip 1 ir kaip 0).

Kvantiniai kompiuteriai yra išskirtinai greitesni už tradicinį kompiuterį. Kvantinis skaičiavimas gali būti naudojamas tobulinant mašinų mokymąsi, imituojant reagavimą į narkotikus, tobulinant transporto logistiką ir finansinius modelius bei apdorojant didelį duomenų kiekį dideliu greičiu.

Nanokompiuterija ir ateitis

Nanokompiuterija yra nanotechnologijų šaka, apimanti skaičiavimo sistemų ir struktūrų sumažinimą iki kelių nanometrų. Nors gali praeiti keli dešimtmečiai, kol radikalios nanokompiuterijos technologijos taps komerciškai įmanomos, nanokompiuterija sukels perversmą kompiuterių darbe ir konstrukcijoje.

Ką naujausias lustų trūkumas reiškia išmaniųjų namų pramonei?

Mes atidžiau nagrinėjame, kaip pastarasis trūkumas gali paveikti augančią išmaniųjų namų pramonę.

Skaitykite toliau

Apie autorių