Что такое молекулярный компьютер? Это устройство, в котором вместо кремниевых чипов, применяемых в современных компьютерах, работают молекулы и молекулярные ансамбли. В основе новой технологической эры лежат так называемые „интеллектуальные молекулы“. Такие молекулы (или молекулярные ансамбли) могут существовать в двух термодинамически устойчивых состояниях, каждое из которых имеет свои физические и химические свойства. Переводить молекулу из одного состояния в другое (переключать) можно с помощью света, тепла, химических агентов, электрического и магнитного поля и т.д. Фактически такие переключаемые бистабильные молекулы — это наноразмерная двухбитовая система, воспроизводящая на молекулярном уровне функцию классического транзистора.
Недавно компания Hewlett-Packard объявила о первых успехах в изготовлении компонентов, из которых могут быть построены мощные молекулярные компьютеры. Ученые из НР и Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе объявили о том, что им удалось заставить молекулы ротаксана переходить из одного состояния в другое - по существу, это означает созданиемолекулярного элемента памяти.
Следующим шагом должно стать изготовление логических ключей, способных выполнять функции И, ИЛИ и НЕ. Весь такой компьютер может состоять из слоя проводников, проложенных в одном направлении, слоя молекул ротаксана и слоя проводников, направленных в обратную сторону. Конфигурация компонентов, состоящих из необходимого числа ячеек памяти и логических ключей, создается электронным способом. По оценкам ученых НР, подобный компьютер будет в 100 млрд. раз экономичнее современных микропроцессоров, занимая во много раз меньше места.
Сама идея этих логических элементов не является революционной: кремниевые микросхемы содержат миллиарды точно таких же. Но преимущества в потребляемой энергии и размерах способны сделать компьютеры вездесущими. Молекулярный компьютер размером с песчинку может содержать миллиарды молекул. А если научиться делать компьютеры не трехслойными, а трехмерными, преодолев ограничения процесса плоской литографии, применяемого для изготовления микропроцессоров сегодня, преимущества станут еще больше. Первые опыты с молекулярными устройствами еще не гарантируют появления таких компьютеров, однако массовое производство действующего молекулярного компьютера вполне может начаться где-нибудь между 2005 и 2015 годами. [6]
d. ДНК-компьютер.
Молекулярный вычислительный автомат, работающий на основе молекул ДНК, способен к обучению и успешно реализовывать стратегию логических игр. Это устройство может применяться при поиске генетических нарушений и лечении болезней, которые они вызывают. ДНК-компьютер можно перепрограммировать на другую стратегию, которую он также начинает успешно применять. Важность этой работы, по словам ученых, состоит в возможности создания молекулярной системы, которая будет способна выполнять принципиально разные задачи, обучение и дальнейший анализ ситуации с принятием решения. Эти молекулярные автоматы можно рассматривать как модельные системы, имеющие практическое применение, прежде всего в биологии. Основанные на молекулах нуклеиновых кислот логические элементы являются биосовместимыми, а потому могут быть использованы как для диагностики, так и для терапии различных генетических заболеваний. [9]
e. Квантовый компьютер.
Это проект компьютера, использующего для вычислений принципы квантовой теории. Теоретически квантовые компьютеры способны решать переборные задачи за время прямо пропорциональное сложности задачи.
Прежде всего, делается упор на то, что при наличии подходящих технологий квантовые компьютеры будут производить расчеты намного быстрее, чем обычные, за меньшее число операций. С другой стороны, подобное устройство можно использовать в криптографии, что дает ряд преимуществ, в частности, невозможность незаметно перехватить сообщение. Основным элементом квантового компьютера являются квантовые биты или кубиты. Кубит - это квантовая система с двумя состояниями, но в отличие от привычного бита кроме двух определенных состояний она может находится в их суперпозиции, т.е. в ней одновременно записаны 0 и 1 с некоторыми вероятностями.
Квантовый компьютер - это система, собранная из кубитов, которая подчиняется законам квантовой механики. Показано, что из кубитов можно соcтавить и элементарные логические элементы. Основное принципиальное достоинство квантовых компьютеров - быстродействие, обусловленное параллельностью вычислений. Предполагается, что квантовые компьютеры смогут решать такие задачи, как разложение целых чисел на простые множители, поиск в базе данных или моделирование квантовых систем (с большим количеством частиц), что весьма важно для химии, физики и молекулярной биологии. [7]
f. Нанокомпьютер
Нанокомпьютер — вычислительное устройство на основе электронных (механических, биохимических, квантовых) технологий с размерами логических элементов порядка нескольких нанометров. Сам компьютер, разрабатываемый на основе нанотехнологий, также имеет микроскопические размеры. Ученые считают, что на этом принципе когда-нибудь будет создан настоящий искусственный интеллект, способный к самопознанию и саморазвитию.
Компьютер представляет собой собранные на золотой пластине 16 молекул дурохинона, каждая из которых имеет форму зубчатого колеса с четырьмя выступающими спицами. Семнадцатая молекула, выполняющая функцию подачи команд, находится в центре. Молекулы соединены водородными связями (вид сравнительно слабых химических связей). Каждый поворот центральной молекулы приводит ее в новое состояние, что эквивалентно логическим уровням 0, 1, 2 и 3. Таким образом, нанокомпьютер способен обрабатывать за одно действие 4 в 16-й степени бит информации. Притом что современные компьютеры могут обрабатывать за раз не более… одного бита. Иное дело, что делают они это очень быстро, совершая миллионы операций в секунду. Для управления компьютером используется специальный туннельный сканирующий микроскоп, который одновременно является и считывающим устройством. Считается, что способность совершать параллельные вычисления присуща нейронным системам, например человеческому мозгу. Поскольку каждая из молекул способна принимать четыре состояния, число возможных комбинаций будет при этом достигать фантастической цифры 4 в 1024-й – это больше 1000 нулей после запятой! О компьютерах с такой разрядностью, созданных без применения нанотехнологий, невозможно даже помыслить. [4]
5. Компьютерные разработки в повседневной жизни.
Таким образом, компьютерная сфера не стоит на месте. На данный момент создано множество видом компьютерной техники, призванной упростить работу пользователя, сделать взаимодействие с компьютером более удобным и комфортным. Чего только не придумывают разработчики в борьбе за покупателей: монолитный системно-мониторный блок (моноблок), упрощенную версию «настольного» нетбука – неттоп, специальный офисный вариант с упрощенными комплектующими – баребон, вариант сочетания мобильности и компактности – смартбук, переходный вариант от нетбука к ноутбук – субноутбук… Но все это повседневность. Самое главное и интересное ждет нас впереди. Основные научный разработки сейчас проводятся в сферах, который могут принести не только много денег производителям, но и реально помочь всему человечеству. Это и молекулярные и ДНК-компьютеры, которые должны помочь человеку в борьбе за жизнь, нейрокомпьютеры и квантовые обеспечивают проведение сложнейших вычислений в считанные секунды, что позволит применять их в исследованиях в области химии, физики, астрономии. Но, все же, обычного потребителя тоже не обошли стороной: продолжается разработка и усовершенствование оптических компьютеров – удобство в одном флаконе с качеством и многофункциональностью.
А пока исследователи и разработчики трудятся в своих лабораториях, нам остается лишь ждать новостей с сообщениями об их открытиях и наслаждаться чудесами уже имеющей современно компьютерной техники!
Используемая литература:
1. Computerbild [электронный журнал] // Моноблоки URL: www.computerbild.ru (Дата обращения 25.10.10)
2. DailyСomm [электронный ресурс] // Смартбуки: настоящее и будущее URL: www.dailycomm.ru (Дата обращения 25.10.10)
3. Obs.my1.ru [электронный ресурс] // Этапы развития вычислительной техники. Основные технические характеристики современного персонального компьютера URL: obs.my1.ru (Дата обращения 26.10.10)
4. Zen.ru [сайт] // Компьютеры будущего URL: klein.zen.ru (Дата обращения 25.10.10)
5. Википедия - свободная энциклопедия [электронный ресурс] // Моноблоки URL: ru.wikipedia.org (Дата обращения 23.10.10)
6. «Всякая всячина» - библиотечка журнальных статей и иных публикаций, заинтересовавших составителя [электронный ресурс] // Минкин В.И. Молекулярные компьютеры URL: wsyachina.narod.ru (Дата обращения 25.10.10)
7. Дистанционное обучение [электронный ресурс] // Квантовый компьютер URL: science.kharkov.ua (Дата обращения 27.10.10)
8. Дистанционное обучение [электронный ресурс] // Оптический компьютер URL: science.kharkov.ua (Дата обращения 25.10.10)
9. Интернет-портал 'RU’ [электронный ресурс] // Ученые изобрели новый ДНК-компьютер, способный лечить генетические болезни URL: internet-portal.ru (Дата обращения 27.10.10)
10. Кафедра информационно-измирительных систем и физической электроники [электронный ресурс] // Нейрокомпьютеры URL: dfe3300.karelia.ru (Дата обращения 25.10.10)
11. Открытые системы [Электронный журнал] // Квантовые компьютеры URL: quantumcomputers.narod.ru (Дата обращения 27.10.10)
12. Пульс цен [электронный ресурс] // Классификация ноутбуков в зависимости от габаритов и веса URL: www.pulscen.ru (Дата обращения 26.10.10)