Nanocomputer: computerele pot fi cu adevărat microscopice?

Pe măsură ce tehnologia se îmbunătățește, crește unitatea pentru a face dispozitivele cât mai mici. Vedem acest lucru în jurul nostru; de la evoluția supercomputerelor la microcomputere, lumea s-a preocupat de reducerea cât mai mult posibil.

Ce este nanocomputarea?

După cum sugerează și numele, nanocomputarea se referă la procesele și dispozitivele de calcul care sunt într-adevăr mici. Este un termen folosit pentru a descrie manipularea, prelucrarea și reprezentarea datelor de către computere mai mici decât un micrometru. Dispozitivele nanocomputatoare sunt fabricate din tranzistori semiconductori cu o lungime mai mică de 100 nanometri.

Să o descompunem. Nanocomputarea poate fi împărțită în două cuvinte: „nano” și „calcul”. Calculul este utilizarea unui computer (hardware sau software) pentru procesarea datelor și efectuarea proceselor algoritmice. Nano este din cuvântul nanometru. La fel ca centimetrul și metrul, nanometrul este o unitate de măsură a lungimii și este o miliardime dintr-un metru.

Cât de mic este un nanometru?

A spune că un nanometru este o miliardime de metru ar putea fi foarte abstract pentru a înțelege. Deci, am decis să o raportăm la lumea de zi cu zi.

• Un fir de ADN uman are un diametru de 2,5 nanometri
• O foaie de hârtie are o grosime de aproximativ 100.000 nanometri
• Există 25.400.000 de nanometri într-un inch
• Un nanometru este atâta timp cât unghia crește într-o secundă
• Un singur atom de aur are un diametru de aproximativ o treime din nanometru
• La o scară comparativă, dacă diametrul unei marmuri ar fi de un nanometru, atunci diametrul Pământului ar fi de aproximativ un metru
• Un păr uman are aproximativ 75 microni (prescurtat 75μm) sau 75.000 nm (nanometri) în diametru

Nanotehnologie și nanocomputere

Nanotehnologia este utilizarea unor lucruri extrem de mici, cum ar fi atomii și moleculele, pentru a produce sisteme, structuri și dispozitive. Acesta implică studiul (știința și ingineria) materiei cu dimensiuni cuprinse între o sută de nanometri.

Un nanocomputer este un computer cu circuite foarte mici, care poate fi văzut doar cu ajutorul unui microscop. Dispozitivele noastre actuale sunt fabricate din semiconductori cu o lungime sub o sută de nanometri. Nanocomputerele funcționează stocând date în puncte cuantice sau rotiri.

Din ce este făcut un nanocomputer?

La fel ca majoritatea computerelor, nanocomputerele sunt realizate din cipuri de calculator și singura diferență este că sunt considerabil mai mici decât microcipurile pe care le cunoașteți. Cipurile de computer sunt fabricate dintr-un semiconductor numit siliciu.

Pe măsură ce anii cresc și căutarea de a crea dispozitive și mai mici crește, tot mai mulți tranzistori sunt înghesuiți în siliciu. Procesoarele moderne conțin miliarde de tranzistoare interconectate prin fire fine de cupru. Fiecare tranzistor servește ca un comutator de pornire / oprire, trimiterea, primirea și procesarea informațiilor și controlul curentului prin cip.

Legate de: Ce este un CPU și ce face?

Avantajele nanocomputerii

Nanocomputer înseamnă procese de calcul efectuate de dispozitive reduse cu zece sau sute de unități până când acestea sunt mai mici de o sută de nanometri. Această reducere crește funcționalitatea circuitului exponențial de până la zece mii de ori.

De asemenea, înseamnă că puterea de calcul a dispozitivului este mărită de un milion. Acest lucru duce la un consum redus de energie și o durată mai mare de viață a bateriei. Făcând cutii mai mici și ventilatoare pentru răcirea circuitelor ar fi, de asemenea, inutilă.

Nanocomputerele sunt, de asemenea, semnificativ mai rapide decât alte microcomputere și sunt capabile să efectueze calcule pe care alte computere ar fi incapabile să le facă. Dimensiunea lor redusă este, de asemenea, un avantaj suplimentar, deoarece devin mai mici, mai ușoare și ușor de transportat. De asemenea, sunt imuni la zgomot și la alte tulburări.

Dezavantaje ale nanocomputerii

Chiar dacă nanocomputarea are multe avantaje, are și dezavantajele sale. Realizarea dispozitivelor care funcționează pe baza nanotehnologiei este foarte costisitoare și dificilă. Reducerea la scară a dispozitivelor la dimensiuni microscopice necesită un nivel de tehnicitate și expertiză care poate fi atins doar de sume mari de fonduri.

Nanocomputarea reprezintă, de asemenea, o amenințare pentru economia actuală. Apariția nanotehnologiei, ca multe alte tehnologii noi, provoacă o schimbare substanțială în multe domenii economice. La început nanocomputerele ar fi de lux scump și inaccesibil, dar în timp ar deveni mai populare și banale. Acest lucru ar avea un impact semnificativ pe piață, deoarece tehnologiile și companiile care nu se adaptează sau se îmbunătățesc ar ieși din afaceri. Și acest lucru ar putea duce la pierderea locurilor de muncă.

Natura microscopică a nanocomputerului ar fi, de asemenea, un dezavantaj, deoarece acestea sunt practic nedetectabile. Nanocomputerele pot fi, de asemenea, transformate în dispozitive de înregistrare microscopice și pot înregistra și încălca în secret intimitatea persoanelor fără nicio detectare.

Aplicații ale nanocomputerii

Avantajele nanocomputerului îl fac util în diferite domenii și procese. Procesele de calcul mai rapide oferă un nivel crescut de precizie în dezvoltarea învățării automate și a inteligenței artificiale, prezicerea modelelor meteo și recunoașterea figurilor complexe din imagini.

Cele două aplicații principale ale nanocomputării pe care le avem în acest moment sunt nanocomputarea ADN și calculul cuantic.

Nanocomputarea ADN-ului

Nanocomputarea implică utilizarea structurilor la scară nanomatică pentru realizarea proceselor de calcul. Structuri la scară nanomatică precum proteina și ADN-ul (acidul dezoxiribonucleic) pot fi utilizate pentru a produce nanocomputere.

Calculul ADN implică utilizarea ADN-ului, a hardware-ului de biologie moleculară și a biochimiei pentru a efectua procese de calcul în loc de calculul electronic tradițional care folosește cipuri de siliciu. Informațiile din ADN sunt reprezentate folosind un alfabet genetic cu patru caractere (A [adenină], G [guanină], C [citozină] și T [timină]), în locul numerelor binare (1 și 0) utilizate de electronice tradiționale calculatoare.

Atunci când este aplicat sarcinilor separate și non-secvențiale, nanocomputerul ADN este mai bun decât cel tradițional computer electronic deoarece poate stoca o cantitate mai mare de date în memorie și poate efectua mai multe operațiuni la o singura data. Nanocomputerele ADN sunt mult mai rapide decât omologii lor electronici.

Nanocomputarea ADN-ului este aplicată în medicină pentru a controla livrarea medicamentului în sânge și pentru a detecta anticorpii din sistemul imunitar al unei persoane.

Calculul cuantic

La fel ca nanocomputerea ADN-ului, în loc să se utilizeze cipuri tradiționale de siliciu pentru a efectua procese de calcul, se utilizează biți cuantici sau qubits. Un bit cuantic (qubit) este o unitate de bază a informației cuantice. Este versiunea cuantică a bitului clasic, dar poate stoca informații mai mari decât un bit.

Calculul cuantic este unul în care procesele de calcul depind în mare parte de principiile teoriei cuantice, adică de comportamentul energiei la niveluri atomice și subatomice. În timp ce computerele folosesc 1s și 0s pentru a codifica informații, calculul cuantic utilizează qubits care pot exista în mai multe stări (ca 1 și 0) la un moment dat.

Calculatoare cuantice sunt excepțional de rapide decât computerul tradițional. Calculul cuantic poate fi utilizat pentru a îmbunătăți învățarea automată, pentru a simula răspunsul la medicamente, pentru a îmbunătăți logistica de transport și modelele financiare și pentru a procesa cantități mari de date la viteze mari.

Nanocomputarea și viitorul

Nanocomputarea este o ramură a nanotehnologiei care implică reducerea sistemelor și structurilor de calcul la câțiva nanometri. Deși ar putea dura câteva decenii până când tehnologia radicală de nanocomputare devine realizabilă comercial, nanocomputarea va revoluționa modul în care funcționează și sunt construite computerele.

Ce înseamnă lipsa recentă de cipuri pentru industria caselor inteligente?

Ne uităm mai atent la modul în care lipsa recentă ar putea afecta industria în creștere a caselor inteligente.

Citiți în continuare

Despre autor