Nanocomputing: Kan datorer verkligen vara mikroskopiska?

När tekniken förbättras ökar enheten för att göra enheter så små som möjligt. Vi ser detta runt omkring oss; från utvecklingen av superdatorer till mikrodatorer har världen handlat om att skala ner så mycket som möjligt.

Vad är nanocomputing?

Som namnet antyder hänvisar nanocomputing till dataprocesser och enheter som är riktigt små. Det är en term som används för att beskriva manipulation, bearbetning och representation av data av datorer som är mindre än en mikrometer. Nanodatoranordningar är gjorda av halvledartransistorer 100 nanometer och mindre i längd.

Låt oss bryta ner det. Nanocomputing kan delas upp i två ord: "nano" och "computing." Datorer är användningen av en dator (hårdvara eller programvara) för att bearbeta data och utföra algoritmiska processer. Nano är från ordet nanometer. Precis som centimeter och meter är nanometern en måttenhet för längd och är en miljarddel av en meter.

Hur liten är en nanometer?

Att säga att en nanometer är en miljarddel av en meter kan vara väldigt abstrakt för dig att förstå. Så vi bestämde oss för att relatera det till vardagen.

• En sträng av humant DNA är 2,5 nanometer i diameter
• Ett pappersark är cirka 100 000 nanometer tjockt
• Det finns 25 400 000 nanometer i en tum
• En nanometer är ungefär lika lång som din nagel växer på en sekund
• En enda guldatom är ungefär en tredjedel av en nanometer i diameter
• I jämförande skala, om diametern på en marmor var en nanometer, skulle jordens diameter vara cirka en meter
• Ett människohår är cirka 75 mikron (förkortat 75 μm) eller 75 000 nm (nanometer) i diameter

Nanoteknik och nanodatorer

Nanoteknik är användningen av extremt små saker som atomer och molekyler för att producera system, strukturer och enheter. Det handlar om studier (vetenskap och teknik) av materia med dimensioner mellan hundra nanometer.

En nanodator är en dator med riktigt små kretsar som bara kan ses med hjälp av ett mikroskop. Våra nuvarande prylar är gjorda av halvledare under hundra nanometer långa. Nanodatorer fungerar genom att lagra data i kvantprickar eller snurr.

Vad är en nanodator gjord av?

Liksom de flesta datorer är nanodatorer gjorda av datorchips och den enda skillnaden är att de är betydligt mindre än de mikrochips du känner till. Datorchips är tillverkade av en halvledare som kallas kisel.

När åren ökar och strävan att skapa ännu mindre enheter växer fler och fler transistorer i kisel. Moderna processorer innehåller miljarder transistorer som är sammankopplade med fina koppartrådar. Varje transistor fungerar som en på / av-brytare, skickar, tar emot och bearbetar information och styr strömmen genom chipet.

Relaterad: Vad är en CPU och vad gör den?

Fördelar med Nanocomputing

Nanocomputing betyder dataprocesser som utförs av enheter som minskas med tio eller hundra enheter tills de är mindre än hundra nanometer. Denna nedskalning ökar kretsfunktionerna exponentiellt upp till tiotusen gånger.

Det betyder också att enhetens datakraft ökar en miljonfaldig. Detta leder till minskad strömförbrukning och längre batteritid. Att göra mindre lådor och fläktar för att kyla kretsarna skulle också vara onödigt.

Nanodatorer är också betydligt snabbare än andra mikrodatorer och kan utföra beräkningar som andra datorer inte skulle kunna göra. Deras reducerade storlek är också en extra fördel eftersom de blir mindre, lättare och lätt bärbara. De är också immuna mot buller och andra störningar.

Nackdelar med Nanocomputing

Även om nanocomputing har många fördelar, har det också sina nackdelar. Att skapa enheter som fungerar på grundval av nanoteknik är mycket dyrt och svårt. Att skala ner enheter till mikroskopisk storlek kräver en teknisk nivå och expertis som bara kan tillgodoses med stora mängder medel.

Nanocomputing utgör också ett hot mot den nuvarande ekonomin. Tillkomsten av nanoteknik, liksom många andra nya tekniker, orsakar en betydande förändring i många ekonomiska områden. Först skulle nanodatorer vara dyra lyx och oöverkomliga men med tiden skulle de bli mer populära och vanliga. Detta skulle påverka marknaden kraftigt eftersom teknik och företag som inte anpassar sig eller förbättrar skulle gå ur drift. Och detta kan leda till förlust av arbetstillfällen.

Den mikroskopiska karaktären hos nanodator skulle också vara en nackdel eftersom de praktiskt taget inte kan detekteras. Nanodatorer kan också göras till mikroskopiska inspelningsenheter och i hemlighet spela in och bryta mot personers integritet utan någon upptäckt.

Tillämpningar av Nanocomputing

Fördelarna med nanocomputing gör det användbart inom olika områden och processer. Snabbare datorprocesser ger ökad noggrannhet när det gäller att utveckla maskininlärning och artificiell intelligens, förutsäga vädermönster och känna igen komplexa figurer i bilder.

De två huvudsakliga tillämpningarna av nanocomputing vi har just nu är DNA nanocomputing och quantum computing.

DNA Nanocomputing

Nanocomputing innebär att man använder nanoskalastrukturer för att göra dataprocesser. Nanoskalastrukturer som protein och DNA (deoxiribonukleinsyra) kan användas för att producera nanodatorer.

DNA-databehandling innebär att man använder DNA, molekylärbiologisk hårdvara och biokemi för att utföra dataprocesser istället för den traditionella elektroniska beräkningen som använder kiselchips. Information i DNA representeras med hjälp av ett genetiskt alfabet med fyra tecken (A [adenin], G [guanin], C [cytosin] och T [tymin]) istället för de binära siffrorna (1 och 0) som används av traditionella elektroniska datorer.

När den används för separata och icke-sekventiella uppgifter är DNA-nanodatorn bättre än den traditionella elektronisk dator eftersom den kan lagra en större mängd data i minnet och utföra flera operationer vid en gång. DNA-nanodatorer är betydligt snabbare än deras elektroniska motsvarigheter.

DNA-nanocomputing används i medicin för att kontrollera läkemedelsavgivning i blodomloppet och upptäcka antikroppar i en persons immunsystem.

Quantum Computing

I likhet med DNA-nanocomputing används kvantbitar eller qubits istället för att använda traditionella kiselchips för att utföra dataprocesser. En kvantbit (qubit) är en grundläggande enhet för kvantinformation. Det är kvantversionen av den klassiska biten men den kan lagra större information än lite.

Kvantberäkning är en där beräkningsprocesserna till stor del beror på kvantteorins principer, dvs. energins beteende på atom- och subatomära nivåer. Medan datorer använder 1s och 0s för att koda information använder kvantberäkning qubits som kan finnas i mer än ett tillstånd (som 1 och som 0) åt gången.

Kvantdatorer är exceptionellt snabbare än den traditionella datorn. Kvantberäkning kan användas för att förbättra maskininlärning, simulera läkemedelsrespons, förbättra transportlogistik och ekonomiska modeller och bearbeta stora mängder data i höga hastigheter.

Nanocomputing och framtiden

Nanocomputing är en gren av nanoteknik som involverar nedskalning av datorsystem och strukturer till några nanometer. Även om det kan ta några decennier innan radikal nanoteknologi blir kommersiellt uppnåelig, kommer nanodatorer att revolutionera hur datorer fungerar och byggs.

Vad betyder den senaste bristen på chip för smarta hemindustrin?

Vi tittar närmare på hur den senaste tidens brist kan påverka den växande smarta hemindustrin.

Läs Nästa

Om författaren