Сделан серьезный шаг на пути к созданию молекулярного компьютера

С момента создания самого первого компьютера технологии стали развиваться так стремительно, как ни развивалась ни одна другая отрасль. Сейчас вычислительные машины в современном понимании уже подошли к пику своего развития и если мы хотим и дальше развивать технологии, нам нужно что-то новое. И, возможно, ученые поняли, как создать компьютер нового типа.

На самом деле, современные «машины» еще способны на многое, но для этого мы должны улучшать их количественно, а не качественно. То есть объединять в огромные кластеры. И в конечном итоге мы придем к тому, с чего начали: компьютеры для обработки задач будут представлять собой огромные «шкафы» вроде того, что изображен на иллюстрации ниже.

Кроме того, небезызвестный «Закон Мура» гласит, что число транзисторов в интегральной схеме удваивается каждый два года. Увеличив число транзисторов, мы увеличим и число операций, которые они будут совершать в 2 раза. А значит они обработают в 2 раза больше информации. Говоря простыми словами, это вдвое увеличивает вычислительную мощность.

Однако в конечном итоге развитие микроэлектроники подошло к порогу, за которым наращивать количество транзисторов уже невозможно. Именно поэтому нужно создать принципиально новую систему.

Основное отличие молекулярного компьютера от классического заключается в способе обработки данных. Если в традиционных системах единицей данных является бит, то в молекулярных компьютерах ей является какая-либо молекула. И если бит имеет лишь 2 состояния — единицу и ноль, то молекула, в отличие от него, может находиться в двух этих состояниях. Когда бит может иметь информацию (единица) или не иметь ее (ноль), молекула может иметь множество таких позиций, так как она способна одновременно взаимодействовать со множеством других молекул и в рамках каждого взаимодействия результат будет разным. Грубо говоря, молекула может одновременно иметь как несколько «единиц», так и несколько «нолей». Это значительно ускоряет вычисления. Но есть одна проблема: теплоперенос.

«Тепло — это огромная проблема молекулярных компьютеров, потому что взаимодействие в таких системах — это цепочки атомов. Когда молекула нагревается, атомы очень быстро вибрируют, и цепь может порваться», — говорит один из авторов работы профессор Университета штата Мичиган Эдгар Мейхофер.

До сих пор теплоперенос нельзя было измерить, не говоря уже о том, чтобы его контролировать. Но группе ученых из США, Японии, Германии и Южной Кореи удалось это сделать. В ходе экспериментов ученые поняли, что теплопроводность на молекулярном уровне изменяется совсем не так, как в макромире. Если в «нашем мире» она увеличивается по мере роста толщины материала, а электропроводность при этом уменьшается, то в наномасштабе при нарастании толщины проводимость электричества остается той же.

Таким образом, можно создавать довольно толстые «нанопровода» для отвода лишнего тепла, которое образуется в ходе молекулярного взаимодействия. Это не позволит молекулам разрываться и даст возможность проводить высокоэффективные вычисления. Осталось лишь подтвердить данные опыта и собрать молекулярный компьютер, основанный на новой технологии.