Nanolaskenta: Voivatko tietokoneet todella olla mikroskooppisia?

Teknologian kehittyessä pyrkimys tehdä laitteista mahdollisimman pieniä kasvaa. Näemme tämän kaikkialla ympärillämme; supertietokoneiden evoluutiosta mikrotietokoneisiin maailma on ollut pienentäminen mahdollisimman paljon.

Mikä on nanotietokone?

Kuten nimestä voi päätellä, nanolaskennalla tarkoitetaan todella pieniä laskentaprosesseja ja -laitteita. Sitä käytetään kuvaamaan tietojen käsittelyä, käsittelyä ja esittämistä mikrometriä pienemmillä tietokoneilla. Nanolaskennalliset laitteet on valmistettu puolijohdetransistoreista, joiden pituus on 100 nanometriä tai vähemmän.

Hajotetaan se. Nanolaskenta voidaan jakaa kahteen sanaan: "nano" ja "tietojenkäsittely". Tietojenkäsittely on tietokoneen (laitteiston tai ohjelmiston) käyttö tietojen käsittelyyn ja algoritmisten prosessien suorittamiseen. Nano on sanasta nanometri. Aivan kuten senttimetri ja metri, nanometri on pituuden mittayksikkö ja on miljardin metri.

Kuinka pieni nanometri on?

Sanominen nanometrin olevan miljardin metri voi olla hyvin abstrakti ymmärrettäväksi. Joten päätimme liittää sen jokapäiväiseen maailmaan.

• Ihmisen DNA: n säike on halkaisijaltaan 2,5 nanometriä
• Paperiarkin paksuus on noin 100 000 nanometriä
• Yhdessä tuumassa on 25400 000 nanometriä
• Yksi nanometri on suunnilleen niin kauan kuin kynsi kasvaa sekunnissa
• Yksi kultaatomi on halkaisijaltaan noin kolmasosa nanometristä
• Vertailevassa mittakaavassa, jos marmorin halkaisija olisi yksi nanometri, niin maapallon halkaisija olisi noin yksi metri
• Ihmisen hiusten halkaisija on noin 75 mikronia (lyhennettynä 75 μm) tai 75 000 nm (nanometrejä)

Nanoteknologia ja nanotietokoneet

Nanoteknologia on erittäin pienten asioiden, kuten atomien ja molekyylien, käyttö järjestelmien, rakenteiden ja laitteiden tuottamiseen. Siihen kuuluu aineen (tiede ja tekniikka) tutkimus, jonka mitat ovat sata - sata nanometriä.

Nanotietokone on tietokone, jolla on todella pienet piirit ja joka voidaan nähdä vain mikroskoopin avulla. Nykyiset laitteemme ovat alle puolen nanometrin pituisia puolijohteita. Nanotietokoneet toimivat tallentamalla tietoja kvanttipisteisiin tai pyöriin.

Mistä nanotietokone on valmistettu?

Kuten useimmat tietokoneet, nanotietokoneet on valmistettu tietokoneista, ja ainoa ero on, että ne ovat huomattavasti pienempiä kuin tuntemasi mikrosirut. Tietokonepiirit on valmistettu puolijohteesta, jota kutsutaan piiksi.

Vuosien kasvaessa ja pyrkimys luoda vielä pienempiä laitteita kasvaa, yhä useammat transistorit ovat täynnä piitä. Nykyaikaiset prosessorit sisältävät miljardeja transistoreita, jotka on yhdistetty hienoilla kuparilangoilla. Jokainen transistori toimii on / off-kytkimenä, joka lähettää, vastaanottaa ja käsittelee tietoa sekä ohjaa virtaa sirun kautta.

Liittyvät: Mikä on CPU ja mitä se tekee?

Nanolaskennan edut

Nanolaskennalla tarkoitetaan laitteiden suorittamia laskentaprosesseja, joita pienennetään kymmenellä tai sadalla yksiköllä, kunnes ne ovat alle sata nanometriä. Tämä pienentäminen lisää piirin toiminnallisuutta eksponentiaalisesti jopa kymmenentuhatta kertaa.

Se tarkoittaa myös sitä, että laitteen laskentateho kasvaa miljoonakertaisesti. Tämä vähentää virrankulutusta ja pidentää akun käyttöikää. Pienempien laatikoiden ja tuulettimien tekeminen piirejä varten olisi myös tarpeetonta.

Nanotietokoneet ovat myös huomattavasti nopeampi kuin muut mikrotietokoneet ja pystyvät suorittamaan laskutoimituksia, joita muut tietokoneet eivät pystyisi tekemään. Niiden pienempi koko on myös lisäetu, kun niistä tulee pienempiä, kevyempiä ja helposti kannettavia. Ne ovat myös immuuneja melulle ja muille häiriöille.

Nanolaskennan haitat

Vaikka nanolaskennalla on paljon etuja, sillä on myös haittansa. Nanoteknologiaan perustuvien laitteiden valmistaminen on erittäin kallista ja vaikeaa. Laitteiden pienentäminen mikroskooppiseen kokoon edellyttää teknistä tasoa ja asiantuntemusta, joka voidaan saavuttaa vain suurilla varoilla.

Nanolaskenta uhkaa myös nykyistä taloutta. Nanoteknologian, kuten monien muiden uusien tekniikoiden, tulo aiheuttaa merkittäviä muutoksia monilla talousalueilla. Aluksi nanotietokoneet olisivat kalliita ylellisyyksiä ja kohtuuttomia, mutta ajan myötä niistä tulisi yhä suositumpia ja tavallisempia. Tämä vaikuttaisi suuresti markkinoihin, koska tekniikat ja yritykset, jotka eivät sopeudu tai kehittyvät, lopettaisivat toimintansa. Ja tämä voi johtaa työpaikkojen menetykseen.

Nanotietokoneen mikroskooppinen luonne olisi myös haitta, koska niitä ei voida käytännössä havaita. Nanotietokoneista voidaan tehdä myös mikroskooppisia tallennuslaitteita, ja ne voivat salaa tallentaa ja loukata ihmisten yksityisyyttä havaitsematta niitä.

Nanolaskennan sovellukset

Nanolaskennan edut tekevät siitä hyödyllisen eri aloilla ja prosesseissa. Nopeammat laskentaprosessit lisäävät tarkkuutta koneoppimisen ja tekoälyn kehittämisessä, sääennusteiden ennustamisessa ja monimutkaisten kuvien tunnistamisessa kuvissa.

Nanolaskennan kaksi pääasiallista sovellusta, joita meillä tällä hetkellä on, ovat DNA-nanolaskenta ja kvanttilaskenta.

DNA Nanolaskenta

Nanolaskennassa käytetään nanomittakaavan rakenteita laskentaprosessien tekemiseen. Nanokokoisia rakenteita, kuten proteiinia ja DNA: ta (deoksiribonukleiinihappo), voidaan käyttää nanotietokoneiden tuottamiseen.

DNA-laskentaan kuuluu DNA: n, molekyylibiologisen laitteiston ja biokemian käyttö laskentaprosessien suorittamiseksi perinteisen piilastuja käyttävän elektronisen laskennan sijaan. DNA-tiedot esitetään nelimerkkisellä geneettisellä aakkosella (A [adeniini], G [guaniini], C [sytosiini] ja T [tymiini]) perinteisten sähköisten tietokoneita.

Kun sitä käytetään erillisiin ja ei-peräkkäisiin tehtäviin, DNA-nanotietokone on parempi kuin perinteinen elektroninen tietokone, koska se voi tallentaa suuremman määrän tietoa muistiin ja suorittaa useita toimintoja kerran. DNA-nanotietokoneet ovat huomattavasti nopeampia kuin niiden elektroniset vastaavuudet.

DNA-nanolaskentaa käytetään lääketieteessä hallita lääkkeiden kulkeutumista verenkiertoon ja havaita vasta-aineita henkilön immuunijärjestelmässä.

Quantum Computing

Kuten DNA-nanolaskenta, kvanttibittejä tai -kbittejä käytetään perinteisten pii-sirujen käyttämisen sijaan laskentaprosesseissa. Kvanttibitti (qubit) on kvanttitiedon perusyksikkö. Se on klassisen bitin kvanttiversio, mutta se voi tallentaa suurempaa tietoa kuin bitti.

Kvanttilaskenta on sellainen, jossa laskentaprosessit riippuvat suurelta osin kvanttiteorian periaatteista, ts. Energian käyttäytymisestä atomi- ja subatomisella tasolla. Vaikka tietokoneet käyttävät 1: tä ja 0: ta koodaamaan tietoa, kvanttilaskenta käyttää qubittejä, joita voi esiintyä useammassa kuin yhdessä tilassa (kuten 1 ja 0) kerrallaan.

Kvanttitietokoneet ovat poikkeuksellisen nopeita kuin perinteinen tietokone. Kvanttilaskentaa voidaan käyttää parantamaan koneoppimista, simuloimaan huumeiden vastausta, parantamaan kuljetuslogistiikkaa ja taloudellisia malleja sekä käsittelemään suurta määrää tietoa suurilla nopeuksilla.

Nanolaskenta ja tulevaisuus

Nanolaskenta on nanoteknologian haara, johon liittyy laskentajärjestelmien ja rakenteiden pienentäminen muutamaan nanometriin. Vaikka voi kestää muutama vuosikymmen ennen kuin radikaali nanolaskentatekniikka tulee kaupallisesti saavutettavaksi, nanolaskenta mullistaa tietokoneen toiminnan ja rakenteen.

Mitä äskettäinen sirupula merkitsee älykkäiden kodin teollisuudelle?

Tarkastelemme tarkemmin, miten viimeaikainen pula voi vaikuttaa kasvavaan älykotitalouteen.

Lue seuraava

Kirjailijasta