Nanoračunalništvo: Ali so računalniki res lahko mikroskopski?

Ko se tehnologija izboljšuje, se povečuje tudi pogon za čim manjše naprave. To vidimo povsod okoli sebe; od evolucije superračunalnikov do mikroračunalnikov se je svet lotil čim večjega zmanjšanja.

Kaj je Nanocomputing?

Kot že ime pove, se nanoračunalništvo nanaša na računalniške procese in naprave, ki so resnično majhni. To je izraz, ki se uporablja za opis manipulacije, obdelave in predstavitve podatkov v računalnikih, manjših od mikrometra. Nanoračunalniške naprave so izdelane iz polprevodniških tranzistorjev dolžine 100 nanometrov in manj.

Razčistimo. Nanoračunalništvo lahko razdelimo na dve besedi: "nano" in "računalništvo". Računalništvo je uporaba računalnika (strojne ali programske opreme) za obdelavo podatkov in izvajanje algoritmičnih procesov. Nano je iz besede nanometra. Tako kot centimeter in meter je tudi nanometer merska enota dolžine in znaša milijardo metrov.

Kako majhen je nanometer?

Reči, da je nanometra milijarda metrov, bi lahko bilo zelo abstraktno, da bi ga razumeli. Tako smo se odločili, da jo povežemo z vsakdanjim svetom.

• Pramen človeške DNK ima premer 2,5 nanometra
• List papirja je debel približno 100.000 nanometrov
• V enem palcu je 25.400.000 nanometrov
• En nanometer je približno toliko dolg, ko noht zraste v eni sekundi
• Premer enega samega atoma zlata je približno tretjina nanometra
• V primerjalnem merilu, če bi bil premer marmorja en nanometer, bi bil premer Zemlje približno en meter
• Človeški las ima premer približno 75 mikronov (75 μm) ali 75.000 nm (nanometrov)

Nanotehnologija in nanoračunalniki

Nanotehnologija je uporaba izjemno majhnih stvari, kot so atomi in molekule, za izdelavo sistemov, struktur in naprav. Vključuje preučevanje (znanost in inženirstvo) snovi z dimenzijami med sto in nanometri.

Nanoračunalnik je računalnik z zares drobnimi vezji, ki ga lahko vidimo le s pomočjo mikroskopa. Naši trenutni pripomočki so narejeni iz polprevodnikov, dolgih manj kot sto nanometrov. Nanoračunalniki delujejo tako, da podatke shranjujejo v kvantne pike ali vrtljaje.

Iz česa je narejen nanoračunalnik?

Tako kot večina računalnikov so tudi nanoračunalniki izdelani iz računalniških čipov in razlika je le v tem, da so bistveno manjši od mikročipov, ki jih poznate. Računalniški čipi so narejeni iz polprevodnika, imenovanega silicij.

Ko se leta povečujejo in prizadevanje za ustvarjanje še manjših naprav narašča, je vse več tranzistorjev stlačenih v silicij. Sodobni procesorji vsebujejo milijarde tranzistorjev, povezanih s finimi bakrenimi žicami. Vsak tranzistor služi kot stikalo za vklop / izklop, pošiljanje, sprejemanje in obdelava informacij ter nadzor toka skozi čip.

Sorodno: Kaj je CPU in kaj počne?

Prednosti nanoračunalništva

Nanoračunalništvo pomeni računalniške procese, ki jih izvajajo naprave, zmanjšane za deset ali sto enot, dokler niso manj kot sto nanometrov. To zmanjšanje poveča funkcionalnost vezja eksponentno do deset tisočkrat.

Pomeni tudi, da se računalniška moč naprave poveča za milijonkrat. To vodi do zmanjšane porabe energije in daljše življenjske dobe baterije. Izdelava manjših škatel in ventilatorjev za hlajenje vezij prav tako ne bi bila potrebna.

Nanoračunalniki so tudi bistveno hitrejši od drugih mikroračunalnikov in lahko izvajajo izračune, ki jih drugi računalniki ne bi mogli narediti. Njihova zmanjšana velikost je tudi dodatna prednost, saj postanejo manjši, lažji in enostavno prenosljivi. Prav tako so imuni na hrup in druge motnje.

Slabosti nanoračunalništva

Čeprav ima nanoračunalništvo veliko prednosti, ima tudi svoje slabosti. Izdelava naprav, ki delujejo na osnovi nanotehnologije, je zelo draga in težka. Razširitev naprav na mikroskopsko velikost zahteva raven tehničnosti in strokovnosti, ki jo lahko dosežejo le velika sredstva.

Nanoračunalništvo ogroža tudi sedanje gospodarstvo. Pojav nanotehnologije, tako kot mnoge druge nove tehnologije, povzroča bistvene spremembe na številnih gospodarskih področjih. Sprva bi bili nanoračunalniki drago razkošje in nedosegljivi, sčasoma pa bi postali bolj priljubljeni in običajni. To bi močno vplivalo na trg, ker bi tehnologije in podjetja, ki se ne prilagajajo ali izboljšujejo, prenehala poslovati. In to bi lahko povzročilo izgubo službe.

Pomanjkljivost bi bila tudi mikroskopska narava nanoračunalnikov, saj jih tako rekoč ni mogoče zaznati. Nanoračunalnike je mogoče narediti tudi v mikroskopske snemalne naprave ter na skrivaj snemati in kršiti zasebnost ljudi brez kakršnega koli zaznavanja.

Aplikacije nanoračunalništva

Prednosti nanoračunalništva so uporabne na različnih področjih in v procesih. Hitrejši računalniški procesi zagotavljajo večjo stopnjo natančnosti pri razvoju strojnega učenja in umetne inteligence, napovedovanju vremenskih vzorcev in prepoznavanju kompleksnih številk na slikah.

Dve glavni aplikaciji nanoračunalništva, ki ju imamo v tem trenutku, sta nanoračunalništvo DNA in kvantno računanje.

Nanoračunalništvo DNA

Nanoračunalništvo vključuje uporabo struktur nanodelcev za izdelavo računalniških procesov. Nanoskalne strukture, kot so beljakovine in DNA (deoksiribonukleinska kislina), se lahko uporabljajo za proizvodnjo nanoračunalnikov.

Računalništvo DNK vključuje uporabo DNA, strojne opreme za molekularno biologijo in biokemije za izvajanje računalniških procesov namesto tradicionalnega elektronskega računalništva, ki uporablja silicijeve čipe. Podatki v DNK so predstavljeni s štirimestno genetsko abecedo (A [adenin], G [gvanin], C [citozin] in T [timin]), namesto binarnih števil (1 in 0), ki jih uporabljajo tradicionalni elektronski računalniki.

Če ga uporabljamo za ločena in nesekvenčna opravila, je nanoračunalnik DNA boljši od tradicionalnega elektronski računalnik, saj lahko shrani večjo količino podatkov v pomnilnik in izvede več operacij na enkrat. Nanoračunalniki DNA so precej hitrejši od svojih elektronskih kolegov.

Nanoračunalništvo DNA se uporablja v medicini za nadzor dostave zdravil v krvni obtok in odkrivanje protiteles v človekovem imunskem sistemu.

Kvantno računanje

Tako kot nanoračunalništvo DNA se namesto tradicionalnih silicijevih čipov za izvajanje računalniških procesov uporabljajo kvantni bit ali kubiti. Kvantni bit (qubit) je osnovna enota kvantnih informacij. Je kvantna različica klasičnega bita, vendar lahko shrani večje informacije kot bit.

Kvantno računanje je tisto, pri katerem so računski procesi v veliki meri odvisni od načel kvantne teorije, tj.obnašanja energije na atomski in subatomski ravni. Medtem ko računalniki uporabljajo 1 in 0 za kodiranje informacij, kvantno računanje uporablja kubite, ki lahko obstajajo v več kot enem stanju (kot 1 in kot 0) hkrati.

Kvantni računalniki so izjemno hitrejši od običajnega računalnika. Kvantno računalništvo lahko uporabimo za izboljšanje strojnega učenja, simulacijo odziva na droge, izboljšanje logistike prevoza in finančnih modelov ter obdelavo velike količine podatkov z veliko hitrostjo.

Nanoračunalništvo in prihodnost

Nanoračunalništvo je veja nanotehnologije, ki vključuje zmanjšanje računalniških sistemov in struktur na nekaj nanometrov. Čeprav bo minilo nekaj desetletij, preden bo tehnologija radikalnih nanoračunalnikov postala komercialno dosegljiva, bo nanoračunalništvo spremenilo način delovanja in izdelave računalnikov.

Kaj pomeni nedavno pomanjkanje čipov za industrijo pametnih domov?

Podrobneje preučujemo, kako lahko nedavno pomanjkanje vpliva na rastočo industrijo pametnih domov.

Preberite Naprej

O avtorju