Nanocomputing: Mogu li računala doista biti mikroskopska?

Kako se tehnologija poboljšava, tako se povećava i pogon za što manjim uređajima. To vidimo svuda oko sebe; od evolucije superračunala do mikroračunala, svijet je nastojao smanjiti što je više moguće.

Što je nanoračunanje?

Kao što naziv govori, nanoračunanje se odnosi na računalne procese i uređaje koji su stvarno mali. To je pojam koji se koristi za opisivanje manipulacije, obrade i predstavljanja podataka računalima manjim od mikrometra. Nanoračunski uređaji izrađeni su od poluvodičkih tranzistora duljine 100 nanometara i manje.

Razdvojimo to. Nanoračunanje se može podijeliti u dvije riječi: "nano" i "računanje". Računarstvo je uporaba računala (hardvera ili softvera) za obradu podataka i izvođenje algoritamskih procesa. Nano je od riječi nanometar. Baš poput centimetra i metra, nanometar je mjerna jedinica duljine i iznosi milijardu metara.

Koliko su male nanometri?

Reći da je nanometar milijarditi dio metra moglo bi biti vrlo apstraktno za vas. Dakle, odlučili smo to povezati sa svakodnevnim svijetom.

• Pramen ljudske DNA promjera je 2,5 nanometra
• List papira debeo je oko 100 000 nanometara
• U jednom inču ima 25.400.000 nanometara
• Jedan nanometar otprilike je toliko dugačak koliko nokat raste u jednoj sekundi
• Jedan atom zlata promjera je oko trećine nanometra
• Na usporednoj ljestvici, ako bi promjer mramora bio jedan nanometar, tada bi promjer Zemlje bio oko jedan metar
• Ljudska je kosa promjera oko 75 mikrona (skraćeno 75 μm) ili 75 000nm (nanometara)

Nanotehnologija i nanoračunala

Nanotehnologija je uporaba izuzetno malih stvari poput atoma i molekula za proizvodnju sustava, struktura i uređaja. Uključuje proučavanje (znanost i inženjerstvo) tvari dimenzija između sto i nanometara.

Nanoračunalo je računalo sa stvarno sićušnim sklopovima koje se može vidjeti samo uz pomoć mikroskopa. Naši su trenutni uređaji izrađeni od poluvodiča duljine manje od stotinu nanometara. Nanoračunala rade spremajući podatke u kvantne točke ili spinove.

Od čega je napravljeno nano računalo?

Kao i većina računala, nanoračunala su izrađena od računalnih čipova i jedina je razlika u tome što su znatno manja od mikročipova koje poznajete. Računalni čipovi izrađeni su od poluvodiča koji se naziva silicij.

Kako se godine povećavaju, a težnja za stvaranjem još manjih uređaja raste, sve je više tranzistora ugurano u silicij. Suvremeni procesori sadrže milijarde tranzistora međusobno povezanih finim bakrenim žicama. Svaki tranzistor služi kao prekidač za uključivanje / isključivanje, slanje, primanje i obradu informacija te upravljanje strujom kroz čip.

Povezano: Što je CPU i što radi?

Prednosti nanoračunanja

Nanoračunanje podrazumijeva računske procese koje izvode uređaji smanjeni za deset ili stotina jedinica dok ne dosegnu manje od stotinu nanometara. Ovo smanjivanje povećava funkcionalnost sklopa eksponencijalno i do deset tisuća puta.

To također znači da se računalna snaga uređaja povećala milijun puta. To dovodi do smanjene potrošnje energije i duljeg trajanja baterije. Izrada manjih kutija i ventilatora za hlađenje sklopova također bi bila nepotrebna.

Nanoračunala su također znatno brža od ostalih mikroračunala i sposobna su izvoditi izračune za koja druga računala ne bi bila sposobna. Njihova smanjena veličina također je dodatna prednost jer postaju manji, lakši i lako prenosivi. Također su imuni na buku i druge smetnje.

Mane Nanocomputinga

Iako nanoračunanje ima puno prednosti, ima i svojih nedostataka. Izrada uređaja koji funkcioniraju na osnovi nanotehnologije vrlo je skupa i teška. Smanjenje uređaja u mikroskopsku veličinu zahtijeva razinu tehničkosti i stručnosti koju mogu zadovoljiti samo velike količine sredstava.

Nanocomputing također predstavlja prijetnju za sadašnje gospodarstvo. Pojava nanotehnologije, kao i mnoge druge nove tehnologije, uzrokuje značajne promjene u mnogim ekonomskim područjima. U početku bi nanoračunala bila skup luksuz i nepristupačna, ali s vremenom bi postala popularnija i uobičajenija. To bi uvelike utjecalo na tržište jer bi tehnologije i tvrtke koje se ne prilagode ili poboljšale prestale poslovati. A to bi moglo dovesti do gubitka posla.

Mikroskopska priroda nanoračunala također bi bila nedostatak jer ih je gotovo nemoguće otkriti. Nanoračunala se također mogu pretvoriti u mikroskopske uređaje za snimanje i potajno snimati i kršiti privatnost ljudi bez ikakvog otkrivanja.

Primjene Nanocomputinga

Prednosti nanoračunala čine ga korisnim u različitim poljima i procesima. Brži računalni procesi pružaju povećanu razinu preciznosti u razvoju strojnog učenja i umjetne inteligencije, predviđanju vremenskih obrazaca i prepoznavanju složenih figura na slikama.

Dvije glavne primjene nanoračunanja koje imamo u ovom trenutku su DNA nanoračunanje i kvantno računanje.

DNA nanoračunanje

Nanoračunanje uključuje upotrebu nanorazmjernih struktura za izračun računalnih procesa. Nanoskalne strukture poput proteina i DNA (deoksiribonukleinska kiselina) mogu se koristiti za proizvodnju nanoračunala.

Računanje DNA uključuje upotrebu DNA, hardvera molekularne biologije i biokemije za izvođenje računalnih procesa umjesto tradicionalnog elektroničkog računanja koje koristi silicijske čipove. Podaci u DNA predstavljeni su pomoću genetičke abecede s četiri znaka (A [adenin], G [gvanin], C [citozin] i T [timin]), umjesto binarnih brojeva (1 i 0) koje koriste tradicionalni elektronički računala.

Kada se primjenjuje na odvojene i neredovne zadatke, DNA nanoračunalo je bolje od tradicionalnog elektroničko računalo jer može pohraniti veću količinu podataka u memoriju i izvoditi više operacija na jednom. DNA nanoračunala znatno su brža od svojih elektroničkih kolega.

DNA nanoračunanje primjenjuje se u medicini za kontrolu isporuke lijeka u krvotok i otkrivanje protutijela u imunološkom sustavu osobe.

Kvantno računanje

Poput DNK nanoračunanja, umjesto korištenja tradicionalnih silicijskih čipova za izvođenje računalnih procesa, koriste se kvantni bitovi ili kubiti. Kvantni bit (qubit) je osnovna jedinica kvantnih informacija. To je kvantna verzija klasičnog bita, ali može pohraniti veće informacije od bita.

Kvantno računanje je ono kod kojeg računski procesi uvelike ovise o načelima kvantne teorije, tj. O ponašanju energije na atomskoj i subatomskoj razini. Dok računala koriste 1 i 0 za kodiranje informacija, kvantno računanje koristi kubite koji mogu istodobno postojati u više stanja (kao 1 i 0).

Kvantna računala izuzetno su brži od tradicionalnih računala. Kvantno računanje može se koristiti za poboljšanje strojnog učenja, simuliranje odgovora na lijekove, poboljšanje logistike prijevoza i financijskih modela te obradu velike količine podataka velikom brzinom.

Nanoračunarstvo i budućnost

Nanoračunanje je grana nanotehnologije koja uključuje smanjivanje računalnih sustava i struktura na nekoliko nanometara. Iako bi moglo proći nekoliko desetljeća prije nego što radikalna tehnologija nanoračunara postane komercijalno dostižna, nanoračunarstvo će revolucionirati način rada i izrade računala.

Što nedavna nestašica čipova znači za industriju pametnih kuća?

Pobliže proučavamo kako bi nedavna nestašica mogla utjecati na rastuću industriju pametnih kuća.

Pročitajte Dalje

O autoru