Nanočipování: Mohou být počítače skutečně mikroskopické?

Jak se technologie zlepšuje, zvyšuje se i snaha o to, aby zařízení byla co nejmenší. Vidíme to všude kolem nás; od vývoje superpočítačů k mikropočítačům se svět soustředil na co největší zmenšování.

Co je nanopočítač?

Jak název napovídá, nanocomputing označuje výpočetní procesy a zařízení, která jsou opravdu malá. Jedná se o termín používaný k popisu manipulace, zpracování a reprezentace dat počítači menšími než mikrometr. Nanočipová zařízení jsou vyrobena z polovodičových tranzistorů o délce 100 nanometrů a kratších.

Pojďme to rozebrat. Nanočipování lze rozdělit na dvě slova: „nano“ a „výpočetní technika“. Výpočet je využití počítače (hardwaru nebo softwaru) ke zpracování dat a provádění algoritmických procesů. Nano je od slova nanometr. Stejně jako centimetr a metr je i nanometr měrnou jednotkou délky a představuje miliardtinu metru.

Jak malý je nanometr?

Říci, že nanometr je miliardtina metru, může být pro vás velmi abstraktní. Takže jsme se rozhodli spojit to s každodenním světem.

• Vlákno lidské DNA má průměr 2,5 nanometrů
• List papíru má tloušťku asi 100 000 nanometrů
• Na jednom palci je 25 400 000 nanometrů
• Jeden nanometr je přibližně tak dlouhý, jak vám nehet narůstá za jednu sekundu
• Jediný atom zlata má průměr asi třetinu nanometru
• Ve srovnávacím měřítku, pokud by průměr mramoru byl jeden nanometr, pak by průměr Země byl asi jeden metr
• Lidský vlas má průměr přibližně 75 mikronů (zkráceně 75 μm) nebo 75 000 nm (nanometrů)

Nanotechnologie a nanopočítače

Nanotechnologie je použití extrémně malých věcí, jako jsou atomy a molekuly, k výrobě systémů, struktur a zařízení. Zahrnuje studium (vědy a techniky) hmoty o rozměrech od jednoho do sta nanometrů.

Nanopočítač je počítač se skutečně malými obvody, které lze vidět pouze pomocí mikroskopu. Naše současné gadgety jsou vyrobeny z polovodičů o délce do sto nanometrů. Nanopočítače fungují tak, že ukládají data do kvantových teček nebo rotací.

Z čeho je nanopočítač vyroben?

Stejně jako většina počítačů jsou i nanopočítače vyrobeny z počítačových čipů a jediný rozdíl je v tom, že jsou podstatně menší než mikročipy, které znáte. Počítačové čipy jsou vyrobeny z polovodiče zvaného křemík.

Jak roky rostou a snaha vytvářet ještě menší zařízení roste, stále více tranzistorů je napěchovaných do křemíku. Moderní procesory obsahují miliardy tranzistorů propojených jemnými měděnými dráty. Každý tranzistor slouží jako vypínač, který odesílá, přijímá a zpracovává informace a řídí proud přes čip.

Příbuzný: Co je CPU a co dělá?

Výhody nanočipování

Nanočipování znamená výpočetní procesy prováděné zařízeními zmenšenými o deset nebo sto jednotek, dokud nejsou menší než sto nanometrů. Toto zmenšení zmenšuje funkčnost obvodu exponenciálně až 10 000krát.

To také znamená, že výpočetní výkon zařízení se zvýšil milionkrát. To vede ke snížené spotřebě energie a delší výdrži baterie. Také by bylo zbytečné vyrábět menší skříňky a ventilátory pro chlazení obvodů.

Nanopočítače jsou také výrazně rychlejší než jiné mikropočítače a jsou schopné provádět výpočty, které by jiné počítače nebyly schopny provést. Jejich zmenšená velikost je také další výhodou, protože jsou menší, lehčí a snadno přenosné. Jsou také imunní vůči hluku a jiným poruchám.

Nevýhody nanočipování

Přestože nanopočítač má řadu výhod, má také své nevýhody. Výroba zařízení, která fungují na základě nanotechnologií, je velmi nákladná a obtížná. Zmenšení velikosti zařízení na mikroskopickou velikost vyžaduje úroveň techničnosti a odbornosti, které lze dosáhnout pouze velkým množstvím finančních prostředků.

Nanočipování také představuje hrozbu pro současnou ekonomiku. Nástup nanotechnologie, stejně jako mnoho dalších nových technologií, způsobuje podstatnou změnu v mnoha ekonomických oblastech. Zpočátku by byly nanopočítače drahý luxus a nedostupné, ale postupem času by se staly populárnějšími a běžnějšími. To by značně ovlivnilo trh, protože technologie a společnosti, které se nepřizpůsobují nebo nezlepšují, by ukončily svoji činnost. A to by mohlo vést ke ztrátě pracovních míst.

Mikroskopická povaha nanopočítače by byla také nevýhodou, protože jsou prakticky nezjistitelné. Z nanopočítačů lze také udělat mikroskopická záznamová zařízení a tajně zaznamenávat a narušovat soukromí lidí bez jakékoli detekce.

Aplikace nanočipování

Díky výhodám nanočipování je užitečný v různých oblastech a procesech. Rychlejší výpočetní procesy poskytují zvýšenou úroveň přesnosti při vývoji strojového učení a umělé inteligence, předpovídání vzorců počasí a rozpoznávání složitých postav v obrazech.

Dvě hlavní aplikace nanočipování, které v tuto chvíli máme, jsou DNA nanočipování a kvantové výpočty.

DNA nanočipování

Nanočipování zahrnuje použití struktur v nanoměřítku k výrobě výpočetních procesů. Struktury v nanoměřítku, jako je protein a DNA (kyselina deoxyribonukleová), lze použít k výrobě nanočítačů.

Výpočet DNA zahrnuje použití DNA, hardwaru molekulární biologie a biochemie k provádění výpočetních procesů namísto tradičního elektronického výpočtu, který využívá křemíkové čipy. Informace v DNA jsou reprezentovány pomocí čtyřmístné genetické abecedy (A [adenin], G [guanin], C [cytosin] a T [thymin]), místo binárních čísel (1 a 0) používaných tradičními elektronickými počítače.

Pokud je nanopočítač DNA aplikován na samostatné a nesekvenční úkoly, je lepší než tradiční elektronický počítač, protože dokáže uložit větší množství dat do paměti a provádět více operací na jednou. DNA nanopočítače jsou podstatně rychlejší než jejich elektronické protějšky.

Nanopočítače DNA se používají v medicíně kontrolovat dodávku léků do krevního oběhu a detekovat protilátky v imunitním systému člověka.

Kvantové výpočty

Stejně jako při nanočipování DNA se místo výpočtů používají tradiční křemíkové čipy, používají se kvantové bity nebo qubity. Kvantový bit (qubit) je základní jednotkou kvantové informace. Jedná se o kvantovou verzi klasického bitu, ale může ukládat větší informace než bit.

Kvantové výpočty spočívají v tom, že výpočetní procesy do značné míry závisí na principech kvantové teorie, tj. Chování energie na atomové a subatomární úrovni. Zatímco počítače používají k kódování informací 1 s a 0 s, kvantové výpočty používají qubity, které mohou existovat ve více než jednom stavu (jako 1 a jako 0) najednou.

Kvantové počítače jsou výjimečně rychlejší než tradiční počítače. Kvantové výpočty lze použít ke zlepšení strojového učení, simulaci reakce na léky, zlepšení logistiky dopravy a finančních modelů a zpracování velkého množství dat při vysokých rychlostech.

Nanočipování a budoucnost

Nanocomputing je odvětví nanotechnologií, které zahrnuje zmenšení výpočetních systémů a struktur na několik nanometrů. I když to může trvat několik desetiletí, než se radikálně nanočítací technologie stanou komerčně dosažitelnými, nanočipování způsobí revoluci ve způsobu, jakým počítače fungují a jsou postaveny.

Co znamená nedávný nedostatek čipů pro průmysl inteligentních domácností?

Podíváme se blíže na to, jak může nedávný nedostatek ovlivnit rostoucí odvětví inteligentních domácností.

Přečtěte si další

O autorovi