Nanocomputing: Kan datamaskiner virkelig være mikroskopiske?

Etter hvert som teknologien forbedres, øker stasjonen for å gjøre enheter så små som mulig. Vi ser dette rundt oss; fra utviklingen av superdatamaskiner til mikrocomputere, har verden handlet om å skalere ned så mye som mulig.

Hva er nanocomputing?

Som navnet antyder, refererer nanocomputing til dataprosesser og enheter som er veldig små. Det er et begrep som brukes til å beskrive manipulering, prosessering og representasjon av data fra datamaskiner som er mindre enn et mikrometer. Nanocomputing-enheter er laget av halvledertransistorer 100 nanometer og mindre i lengde.

La oss bryte det ned. Nanocomputing kan deles inn i to ord: "nano" og "computing." Databehandling er bruk av en datamaskin (maskinvare eller programvare) for å behandle data og utføre algoritmiske prosesser. Nano er fra ordet nanometer. Akkurat som centimeter og meter, er nanometeret en måleenhet for lengde, og er en milliarddel av en meter.

Hvor liten er et nanometer?

Å si at et nanometer er en milliarddel meter, kan være veldig abstrakt for deg å forstå. Så vi bestemte oss for å relatere det til hverdagsverdenen.

• En streng av menneskelig DNA er 2,5 nanometer i diameter
• Et papirark er omtrent 100.000 nanometer tykt
• Det er 25,400,000 nanometer i en tomme
• Ett nanometer er omtrent like lenge som neglen din vokser på ett sekund
• Et enkelt gullatom er omtrent en tredjedel av et nanometer i diameter
• På en komparativ skala, hvis diameteren på en marmor var ett nanometer, ville jordens diameter være omtrent en meter
• Et menneskehår er rundt 75 mikron (forkortet 75 μm) eller 75 000 nm (nanometer) i diameter

Nanoteknologi og nanocomputere

Nanoteknologi er bruk av ekstremt små ting som atomer og molekyler for å produsere systemer, strukturer og enheter. Det involverer studier (vitenskap og ingeniørfag) av materie med dimensjoner mellom hundre nanometer.

En nanocomputer er en datamaskin med veldig små kretsløp som bare kan sees ved hjelp av et mikroskop. Våre nåværende gadgets er laget av halvledere under hundre nanometer. Nanocomputere fungerer ved å lagre data i kvantprikker eller spinn.

Hva er en nanocomputer laget av?

Som de fleste datamaskiner er nanodatamaskiner laget av datamaskinbrikker, og den eneste forskjellen er at de er betydelig mindre enn mikrochipene du kjenner. Datamaskinbrikker er laget av en halvleder som kalles silisium.

Etter hvert som årene øker og søken etter å lage enda mindre enheter vokser, blir flere og flere transistorer proppet inn i silisium. Moderne prosessorer inneholder milliarder transistorer som er sammenkoblet med fine kobbertråder. Hver transistor fungerer som en av / på-bryter, sender, mottar og behandler informasjon, og styrer strømmen gjennom brikken.

I slekt: Hva er en CPU og hva gjør den?

Fordeler med Nanocomputing

Nanocomputing betyr databehandlingsprosesser utført av enheter nedskalert med ti eller hundre enheter til de er under hundre nanometer. Denne nedskalingen øker kretsfunksjonaliteten eksponentielt opptil ti tusen ganger.

Det betyr også at enhetens datakraft økes en million ganger. Dette fører til redusert strømforbruk og lengre batterilevetid. Å lage mindre bokser og vifter for å kjøle kretsene ville også være unødvendig.

Nanocomputers er også betydelig raskere enn andre mikrocomputere og er i stand til å utføre beregninger som andre datamaskiner ikke er i stand til å gjøre. Deres reduserte størrelse er også en ekstra fordel ettersom de blir mindre, lettere og lett bærbare. De er også immun mot støy og andre forstyrrelser.

Ulemper ved Nanocomputing

Selv om nanocomputing har mange fordeler, har det også sine ulemper. Å lage enheter som fungerer på grunnlag av nanoteknologi er veldig dyrt og vanskelig. Å skalere ned enheter til mikroskopisk størrelse krever et teknisk nivå og ekspertise som bare kan møtes med store mengder midler.

Nanocomputing utgjør også en trussel mot den nåværende økonomien. Fremveksten av nanoteknologi, som mange andre nye teknologier, forårsaker en betydelig endring i mange økonomiske områder. Først ville nanocomputere være dyre luksus og uoverkommelige, men over tid ville de bli mer populære og vanlige. Dette vil i stor grad påvirke markedet fordi teknologier og selskaper som ikke tilpasser seg eller forbedrer seg, går ut av virksomheten. Og dette kan føre til tap av arbeidsplasser.

Den mikroskopiske naturen til nanocomputer vil også være en ulempe da de nesten ikke kan oppdages. Nanocomputere kan også gjøres til mikroskopiske opptaksenheter og hemmelig registrere og krenke personvernet til mennesker uten oppdagelse.

Anvendelser av Nanocomputing

Fordelene med nanocomputing gjør det nyttig innen forskjellige felt og prosesser. Raskere databehandlingsprosesser gir økt nøyaktighet når det gjelder å utvikle maskinlæring og kunstig intelligens, forutsi værmønstre og gjenkjenne komplekse figurer i bilder.

De to viktigste anvendelsene av nanocomputing vi har for øyeblikket er DNA nanocomputing og quantum computing.

DNA nanocomputing

Nanocomputing innebærer bruk av nanoskala strukturer for å lage databehandling. Strukturer i nanoskala som protein og DNA (deoksyribonukleinsyre) kan brukes til å produsere nanodatamaskiner.

DNA-databehandling innebærer å bruke DNA, molekylærbiologisk maskinvare og biokjemi til å utføre databehandling i stedet for den tradisjonelle elektroniske databehandlingen som bruker silisiumchips. Informasjon i DNA er representert ved hjelp av et genetisk alfabet med fire tegn (A [adenin], G [guanin], C [cytosin] og T [tymin]), i stedet for binære tall (1 og 0) som brukes av tradisjonelle elektroniske datamaskiner.

Når den brukes på separate og ikke-sekvensielle oppgaver, er DNA-nanocomputeren bedre enn den tradisjonelle elektronisk datamaskin, da den kan lagre en større mengde data i minnet og utføre flere operasjoner på en gang. DNA-nano-datamaskiner er betydelig raskere enn deres elektroniske kolleger.

DNA nanocomputing brukes i medisin for å kontrollere medikamenttilførsel til blodbanen og oppdage antistoffer i en persons immunsystem.

Quantum Computing

I likhet med DNA nanocomputing, i stedet for å bruke tradisjonelle silisiumbrikker til å utføre databehandling, brukes kvantbiter eller qubits. En kvantebit (qubit) er en grunnleggende enhet for kvanteinformasjon. Det er kvanteversjonen av den klassiske biten, men den kan lagre større informasjon enn litt.

Kvanteberegning er en der databehandlingsprosessene i stor grad avhenger av kvanteteoriens prinsipper, dvs. atferden til energi på atom- og subatomært nivå. Mens datamaskiner bruker 1s og 0s for å kode informasjon, bruker quantum computing qubits som kan eksistere i mer enn en tilstand (som 1 og som 0) om gangen.

Kvantumdatamaskiner er eksepsjonelt raskere enn den tradisjonelle datamaskinen. Kvanteberegning kan brukes til å forbedre maskinlæring, simulere legemiddelrespons, forbedre transportlogistikk og økonomiske modeller og behandle store mengder data i høye hastigheter.

Nanocomputing og fremtiden

Nanocomputing er en gren av nanoteknologi som involverer nedskalering av datasystemer og strukturer til få nanometer. Selv om det kan ta noen tiår før radikal nanocomputing-teknologi blir kommersielt oppnåelig, vil nanocomputing revolusjonere måten datamaskiner fungerer og er bygget på.

Hva betyr den siste mangelen på flis for smarthusindustrien?

Vi ser nærmere på hvordan den nylige mangelen kan påvirke den voksende smarthusindustrien.

Les Neste

Om forfatteren