Νανοϋπολογισμός: Μπορούν οι υπολογιστές να είναι πραγματικά μικροσκοπικοί;

Καθώς η τεχνολογία βελτιώνεται, έτσι αυξάνεται η προσπάθεια να καταστούν οι συσκευές όσο το δυνατόν μικρότερες. Το βλέπουμε όλα γύρω μας. από την εξέλιξη των υπερυπολογιστών σε μικροϋπολογιστές, ο κόσμος έχει να κάνει με τη μείωση όσο το δυνατόν περισσότερο.

Τι είναι το Nanocomputing;

Όπως υποδηλώνει το όνομα, ο νανοϋπολογισμός αναφέρεται σε υπολογιστικές διαδικασίες και συσκευές που είναι πραγματικά μικρές. Είναι ένας όρος που χρησιμοποιείται για να περιγράψει τον χειρισμό, την επεξεργασία και την αναπαράσταση δεδομένων από υπολογιστές μικρότερους από ένα μικρόμετρο. Οι συσκευές νανοϋπολογιστών κατασκευάζονται από τρανζίστορ ημιαγωγών 100 νανομέτρων και μήκους μικρότερου.

Ας το σπάσουμε. Ο νανοϋπολογισμός μπορεί να χωριστεί σε δύο λέξεις: "νανο" και "υπολογισμός". Ο υπολογισμός είναι η χρήση ενός υπολογιστή (υλικού ή λογισμικού) για την επεξεργασία δεδομένων και την εκτέλεση αλγοριθμικών διαδικασιών. Το Nano είναι από τη λέξη νανόμετρο. Ακριβώς όπως το εκατοστόμετρο και το μετρητή, το νανόμετρο είναι μια μονάδα μέτρησης του μήκους και είναι το ένα δισεκατομμυριοστό του μέτρου.

Πόσο μικρό είναι ένα νανόμετρο;

Το να λέτε ότι ένα νανόμετρο είναι ένα δισεκατομμυριοστό του μέτρου θα μπορούσε να είναι πολύ αφηρημένο για να το κατανοήσετε. Έτσι, αποφασίσαμε να το συσχετίσουμε με τον καθημερινό κόσμο.

• Ένα σκέλος ανθρώπινου DNA έχει διάμετρο 2,5 νανόμετρα
• Ένα φύλλο χαρτιού έχει πάχος περίπου 100.000 νανόμετρα
• Υπάρχουν 25.400.000 νανόμετρα σε μία ίντσα
• Ένα νανόμετρο είναι περίπου όσο το νύχι σας μεγαλώνει σε ένα δευτερόλεπτο
• Ένα μόνο άτομο χρυσού έχει διάμετρο περίπου το ένα τρίτο του νανομέτρου
• Σε συγκριτική κλίμακα, εάν η διάμετρος ενός μαρμάρου ήταν ένα νανόμετρο, τότε η διάμετρος της Γης θα ήταν περίπου ένα μέτρο
• Τα ανθρώπινα μαλλιά έχουν διάμετρο περίπου 75 μικρά (συντομογραφία 75μm) ή 75.000nm (νανόμετρα)

Νανοτεχνολογία και νανοϋπολογιστές

Η νανοτεχνολογία είναι η χρήση εξαιρετικά μικρών πραγμάτων όπως ατόμων και μορίων για την παραγωγή συστημάτων, δομών και συσκευών. Περιλαμβάνει τη μελέτη (επιστήμη και μηχανική) της ύλης με διαστάσεις από εκατό έως εκατό νανόμετρα.

Ένας νανοϋπολογιστής είναι ένας υπολογιστής με πραγματικά μικροσκοπικά κυκλώματα που μπορεί να φανεί μόνο με τη βοήθεια μικροσκοπίου. Τα τρέχοντα gadget μας είναι κατασκευασμένα από ημιαγωγούς μήκους κάτω των εκατό νανομέτρων. Οι νανοϋπολογιστές λειτουργούν αποθηκεύοντας δεδομένα σε κβαντικές κουκκίδες ή περιστροφές.

Τι είναι κατασκευασμένος ένας νανοϋπολογιστής;

Όπως οι περισσότεροι υπολογιστές, οι νανοϋπολογιστές είναι κατασκευασμένοι από τσιπ υπολογιστών και η μόνη διαφορά είναι ότι είναι σημαντικά μικρότεροι από τους μικροτσίπ που γνωρίζετε. Τα τσιπ υπολογιστή κατασκευάζονται από ημιαγωγό που ονομάζεται πυρίτιο.

Καθώς τα χρόνια αυξάνονται και η προσπάθεια δημιουργίας ακόμη μικρότερων συσκευών μεγαλώνει, όλο και περισσότερα τρανζίστορ γεμίζονται σε πυρίτιο. Οι σύγχρονοι επεξεργαστές περιέχουν δισεκατομμύρια τρανζίστορ που αλληλοσυνδέονται με λεπτά σύρματα χαλκού. Κάθε τρανζίστορ χρησιμεύει ως διακόπτης on / off, αποστολή, λήψη και επεξεργασία πληροφοριών και έλεγχος του ρεύματος μέσω του chip.

Σχετιζομαι με: Τι είναι μια CPU και τι κάνει;

Πλεονεκτήματα της νανοϋπολογιστικής

Νανοϋπολογισμός σημαίνει υπολογιστικές διεργασίες που πραγματοποιούνται από συσκευές που έχουν μειωθεί κατά δέκα ή εκατό μονάδες έως ότου είναι μικρότερες από εκατό νανόμετρα. Αυτή η κλιμάκωση αυξάνει τη λειτουργικότητα του κυκλώματος εκθετικά έως και δέκα χιλιάδες φορές.

Σημαίνει επίσης ότι η υπολογιστική ισχύς της συσκευής αυξάνεται κατά ένα εκατομμύριο φορές. Αυτό οδηγεί σε μειωμένη κατανάλωση ενέργειας και μεγαλύτερη διάρκεια ζωής της μπαταρίας. Η δημιουργία μικρότερων κουτιών και ανεμιστήρων για ψύξη των κυκλωμάτων θα ήταν επίσης περιττή.

Οι νανοϋπολογιστές είναι επίσης σημαντικά ταχύτεροι από άλλους μικροϋπολογιστές και είναι σε θέση να εκτελέσουν υπολογισμούς που άλλοι υπολογιστές δεν θα μπορούσαν να κάνουν. Το μειωμένο τους μέγεθος είναι επίσης ένα επιπλέον πλεονέκτημα καθώς γίνονται μικρότερα, ελαφρύτερα και εύκολα φορητά. Είναι επίσης άνοσα στον θόρυβο και άλλες διαταραχές.

Μειονεκτήματα της νανοϋπολογιστικής

Παρόλο που ο νανοϋπολογιστής διαθέτει πολλά πλεονεκτήματα, έχει και τα μειονεκτήματά του. Η κατασκευή συσκευών που λειτουργούν με βάση τη νανοτεχνολογία είναι πολύ ακριβή και δύσκολη. Η μείωση των συσκευών σε μικροσκοπικό μέγεθος απαιτεί ένα επίπεδο τεχνικότητας και εμπειρογνωμοσύνης που μπορεί να καλυφθεί μόνο με μεγάλα ποσά.

Ο νανοϋπολογιστής αποτελεί επίσης απειλή για την παρούσα οικονομία. Η έλευση της νανοτεχνολογίας, όπως πολλές άλλες νέες τεχνολογίες, προκαλεί σημαντική αλλαγή σε πολλούς οικονομικούς τομείς. Στην αρχή οι νανοϋπολογιστές θα ήταν ακριβή πολυτέλεια και οικονομικά προσιτές τιμές, αλλά με την πάροδο του χρόνου θα γινόταν πιο δημοφιλής και συνηθισμένη. Αυτό θα επηρέαζε σε μεγάλο βαθμό την αγορά επειδή οι τεχνολογίες και οι εταιρείες που δεν προσαρμόζονται ή βελτιώνουν θα βγαίνουν εκτός λειτουργίας. Και αυτό θα μπορούσε να οδηγήσει σε απώλεια θέσεων εργασίας.

Η μικροσκοπική φύση του νανοϋπολογιστή θα ήταν επίσης μειονέκτημα καθώς είναι ουσιαστικά μη ανιχνεύσιμα. Οι νανοϋπολογιστές μπορούν επίσης να μετατραπούν σε μικροσκοπικές συσκευές εγγραφής και να καταγράψουν κρυφά και να παραβιάσουν το απόρρητο των ανθρώπων χωρίς καμία ανίχνευση.

Εφαρμογές νανοϋπολογιστών

Τα πλεονεκτήματα της νανοϋπολογιστικής το καθιστούν χρήσιμο σε διαφορετικά πεδία και διαδικασίες. Οι γρηγορότερες υπολογιστικές διαδικασίες παρέχουν αυξημένο επίπεδο ακρίβειας στην ανάπτυξη μηχανικής μάθησης και τεχνητής νοημοσύνης, προβλέποντας τις καιρικές συνθήκες και αναγνωρίζοντας πολύπλοκες εικόνες σε εικόνες.

Οι δύο κύριες εφαρμογές του νανοϋπολογισμού που έχουμε αυτή τη στιγμή είναι ο νανοϋπολογισμός DNA και ο κβαντικός υπολογισμός.

Νανοϋπολογισμός DNA

Η νανοϋπολογιστική περιλαμβάνει τη χρήση δομών νανοκλίμακας για την πραγματοποίηση υπολογιστικών διαδικασιών. Οι νανοκλίμακες δομές όπως η πρωτεΐνη και το DNA (δεοξυριβονουκλεϊκό οξύ) μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την παραγωγή νανοϋπολογιστών.

Ο υπολογισμός DNA περιλαμβάνει τη χρήση DNA, υλικού μοριακής βιολογίας και βιοχημείας για την εκτέλεση υπολογιστικών διαδικασιών αντί για τον παραδοσιακό ηλεκτρονικό υπολογιστή που χρησιμοποιεί τσιπ πυριτίου. Οι πληροφορίες στο DNA αντιπροσωπεύονται χρησιμοποιώντας ένα γενετικό αλφάβητο τεσσάρων χαρακτήρων (A [αδενίνη], G [γουανίνη], C [κυτοσίνη] και Τ [θυμίνη]), αντί των δυαδικών αριθμών (1 και 0) που χρησιμοποιούνται από τα παραδοσιακά ηλεκτρονικά Υπολογιστές.

Όταν εφαρμόζεται σε ξεχωριστές και μη διαδοχικές εργασίες, ο νανοϋπολογιστής DNA είναι καλύτερος από τον παραδοσιακό ηλεκτρονικό υπολογιστή καθώς μπορεί να αποθηκεύσει μεγαλύτερη ποσότητα δεδομένων στη μνήμη και να εκτελέσει πολλαπλές λειτουργίες στο μια φορά. Οι νανοϋπολογιστές DNA είναι σημαντικά ταχύτεροι από τους ηλεκτρονικούς ομολόγους τους.

Ο νανοϋπολογισμός DNA εφαρμόζεται στην ιατρική για τον έλεγχο της παράδοσης φαρμάκων στην κυκλοφορία του αίματος και την ανίχνευση αντισωμάτων στο ανοσοποιητικό σύστημα ενός ατόμου.

Κβαντική Πληροφορική

Όπως το νανοϋπολογιστικό DNA, αντί να χρησιμοποιούνται παραδοσιακά τσιπ πυριτίου για την εκτέλεση υπολογιστικών διαδικασιών, χρησιμοποιούνται κβαντικά bit ή qubits. Ένα κβαντικό bit (qubit) είναι μια βασική μονάδα κβαντικών πληροφοριών. Είναι η κβαντική έκδοση του κλασικού bit, αλλά μπορεί να αποθηκεύσει μεγαλύτερες πληροφορίες από λίγο.

Η κβαντική υπολογιστική είναι εκείνη όπου οι υπολογιστικές διαδικασίες εξαρτώνται σε μεγάλο βαθμό από τις αρχές της κβαντικής θεωρίας, δηλαδή τη συμπεριφορά της ενέργειας σε ατομικά και υποατομικά επίπεδα. Ενώ οι υπολογιστές χρησιμοποιούν 1s και 0s για την κωδικοποίηση πληροφοριών, ο κβαντικός υπολογιστής χρησιμοποιεί qubits που μπορούν να υπάρχουν σε περισσότερες από μία καταστάσεις (ως 1 και ως 0) κάθε φορά.

Κβαντικοί υπολογιστές είναι εξαιρετικά ταχύτερα από τον παραδοσιακό υπολογιστή. Η κβαντική πληροφορική μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη βελτίωση της μηχανικής μάθησης, την προσομοίωση της απόκρισης ναρκωτικών, τη βελτίωση της μεταφοράς logistics και των οικονομικών μοντέλων και την επεξεργασία μεγάλου όγκου δεδομένων σε υψηλές ταχύτητες.

Νανοϋπολογισμός και το μέλλον

Η νανοϋπολογιστική είναι ένας κλάδος της νανοτεχνολογίας που περιλαμβάνει τη μείωση των υπολογιστικών συστημάτων και δομών σε λίγα νανόμετρα. Αν και μπορεί να χρειαστούν μερικές δεκαετίες προτού η ριζοσπαστική τεχνολογία νανοϋπολογιστών γίνει εμπορικά εφικτή, ο νανοϋπολογιστής πρόκειται να φέρει επανάσταση στον τρόπο λειτουργίας και κατασκευής των υπολογιστών.

Τι σημαίνει η πρόσφατη έλλειψη τσιπ για την έξυπνη οικιακή βιομηχανία;

Ρίχνουμε μια πιο προσεκτική ματιά στο πώς η πρόσφατη έλλειψη μπορεί να επηρεάσει την αναπτυσσόμενη βιομηχανία έξυπνων σπιτιών

Διαβάστε Επόμενο

Σχετικά με τον Συγγραφέα