나노 수퍼컴퓨터란 무엇입니까?

분자 컴퓨터

현대 전자 컴퓨터는 이진 원리에 따라 제조됩니다. 즉, 컴퓨터의 모든 데이터 명령어는 이진수로 표현됩니다.

이진법이란 무엇입니까? 우리가 일반적으로 사용하는 카운트 방법은 십진수로, 0 에서 9 까지의 10 숫자로 숫자의 크기를 나타내고, 이진수는 0 과 1 으로만 숫자를 나타냅니다. 모두들 이것들을 알면 충분하니, 앞으로 기회가 있으면 이진을 더 많이 알 수 있을 것이다. 이진수는 컴퓨터에서 덧셈, 뺄셈, 곱셈, 나눗셈을 하는 것이 매우 편리하다. 트랜지스터는 1 을 나타내는 통과 및 종료의 두 가지 상태를 가질 수 있으며, 종료 상태는 0 을 나타냅니다. 분자의 화학 결합도 연결하고 끊을 수 있다. 분자 중 화학 결합을 켜고 꺼서 분자 크기의 스위치를 만들어 컴퓨터를 만들 수 있습니까?

미국 캘리포니아 대학교 로스앤젤레스 분교의 과학자들은 분자 컴퓨터를 한 걸음 더 나아가게 하는 새로운 분자 스위치를 발명했다. 이 발명은 "2000 년 세계 10 대 과학 기술 진보" 에 선정되었다.

보도에 따르면, 이 분자 스위치는 매우 얇으며, 고리탄화수소라는 물질에 기반을 두고 있다. 여기에는 서로 연결된 두 개의 작은 고리가 포함되어 있는데, 각 작은 고리는 원자로 구성되어 있다. 이 두 개의 작은 고리는 고리가 서로 맞물려 하나의 짧은 체인과 비슷하다. 각 작은 링에는 전기 화학으로 상호 작용할 수 있는' 위치 인식' 이라는 두 개의 구조가 있습니다.

기존 컴퓨터는 이진을 기반으로 하며 이진 0 과 1 은 트랜지스터의 차단 상태로 표시됩니다. 분자 스위치는 특별한 스위치 상태를 가지고 있다. 전기 펄스가 고리 속의 탄화수소 분자를 통과할 때, 한 고리는 전자를 잃고 다른 고리를 중심으로 회전합니다. 이제 분자 스위치가 켜짐 상태가 됩니다. 전기를 잃은 고리는 원래의 전자를 되찾아 스위치를 "꺼짐" 상태로 만들었다. 링 스위치는 반복적으로 끊어질 수 있으며 상온과 고체 상태에서 작동할 수 있다. 분자 스위치의 "켜기" 및 "끄기" 상태를 실현하는 것은 전자 컴퓨터를위한 가장 간단한 논리 문을 만드는 것과 같습니다. 논리문은 기존 컴퓨터 중앙 프로세서의 기초이다.

다음으로 과학자들은 분자 스위치를 연결하고 전체 설계를 통해 컴퓨터 구성 요소로 개발할 수 있는 적절한 와이어를 개발해야 합니다. 그들은 탄소 나노튜브가 이상적인 도선 재료일 수 있다고 생각한다.

이 연구를 이끄는 과학자 제임스 히스는 미래의 분자 칩이 먼지나 모래만큼 클 수 있다고 생각한다. 이런 칩으로 만든 컴퓨터는 옷에 짜일 수 있다.

2 인도 1 7 월 HP 와 UCLA 에서 온 연구진은 두께가 단 한 분자인 예비 회로 논리문을 성공적으로 만들었다고 보고했다. 현재 예일 대학과 리스 대학과 같은 다른 그룹의 연구원들은 이 분자 회로의 다른 기본 컴퓨팅 구성 요소를 성공적으로 제조했다고 발표할 준비를 하고 있습니다. 이들은 HP 와 UCLA 에서 온 연구원을 능가하는 중요한 발걸음을 내디뎠다고 한다.

7 월 데모에서는 분자 문을 "열림" 또는 "닫힘" 위치로 이동할 수 있지만 원래 위치로 돌아갈 수는 없습니다. 하지만 예일과 리스 대학의 연구팀은 분자문 스위치를 제어할 수 있다고 말했다. 이는 0 과 1 을 표현하는 데 필요한 단계다. HP 연구소의 과학자들은 분자 스위치를 연결하는 결정적인 단계인 12 원자보다 폭이 작은 와이어 그룹을 만드는 중요한 단계를 밟았다고 밝혔다. 어느 날, 그것은 컴퓨터의 계산 속도를 지금보다 훨씬 빠르게 할 것이다.

보도에 따르면 고도의 기밀 환경에서 일하는 일부 실험실은 다른 분야에서 진전을 이루고 있다. 실험실 중 하나는 랜덤 액세스 데이터를 저장할 수 있는 분자 장치를 개발하고 있다.

분자 저장장치 제조에 성공하면 앞으로 몇 달러면 엄청난 저장 용량을 얻을 수 있다. 가까운 장래에 한 가지 가능한 응용은 일반 반도체 칩보다 훨씬 작은 공간에 디지털 DVD 품질의 전체 영화를 저장하는 것일 수 있습니다. 2 ~ 5 년 안에 우리는 실용적인 회로를 보고 가동할 것이다.

분자 컴퓨터는 기존 컴퓨터보다 훨씬 적은 전력을 필요로 하므로 현재 실리콘 컴퓨터의 백만 배에 달하는 효율을 얻을 수 있습니다. 또한 분자 컴퓨터는 대량의 데이터를 안전하게 저장할 수 있으며, 이를 사용하는 사용자는 파일을 삭제하지 않고도 여유 공간을 유지할 수 있습니다. 또한 분자 컴퓨터는 컴퓨터 바이러스, 시스템 충돌 및 충돌의 영향을 받지 않기를 원합니다.

광자 컴퓨터

1990 년 미국 벨 연구소에서는 레이저, 렌즈 및 반사경으로 구성된 컴퓨터를 출시했습니다. 이것은 광자 컴퓨터의 원형이다. 광자 컴퓨터는 is 라고도 합니다. 컴퓨터는 회로의 전하 흐름을 통해 정보를 처리하고, 광뇌는 레이저 빔을 통해 거울과 렌즈로 구성된 배열로 들어가 정보를 처리합니다. 컴퓨터와 마찬가지로 일련의 논리 연산을 생성하여 문제를 처리하고 해결합니다.

컴퓨터의 전력은 부품의 작동 속도와 배열 밀도에 따라 다르며 광자는 둘 다 이상적입니다. 광자의 속도, 즉 광속, 초당 30 만 킬로미터는 우주에서 가장 빠른 속도이다. 레이저 빔의 처리 속도는 기존 반도체 실리콘 장치의 65,438+0,000 배에 달할 수 있습니다. 광자는 전자처럼 와이어에서 전파할 필요가 없습니다. 광선이 교차하더라도 서로 간섭하지 않고 간섭 조건을 만족하지 않아도 서로 간섭하지 않는다. 이 광선의 상호 간섭은 광뇌가 매우 작은 공간에서 많은 병렬 정보 채널을 열 수 있게 해 주며, 밀도가 놀라울 정도로 높다. 횡단에는 5 센트 동전 크기의 프리즘이 있는데, 이는 전 세계의 기존 전화 케이블보다 훨씬 많은 통과 능력을 가지고 있다. 벨 연구소에서 성공적으로 개발한 광학 변환기는 2000 개의 정보 채널을 인쇄된 문자 O 에 넣을 수 있기 때문에 전자 엔지니어들은 이미 컴퓨터에서 광자를 사용하는 것을 상상했습니다.

광뇌의 많은 주요 기술 (예: 광저장 기술, 광상호 연결 기술, 광전 집적 회로 등) 은 현재 모두 돌파구를 마련했다. 정보 시스템의 응용은 정보 기술 발전의 비약이 될 것이다.

바이오컴퓨터

컴퓨터의 성능은 부품 간 전류의 전환 속도에 의해 결정됩니다. 과학자들은 단백질이 스위치 특성을 가지고 있으며 단백질 분자로 구성된 집적 회로를 바이오칩이라고 부르는 것을 발견했다. 바이오칩을 사용하는 컴퓨터를 바이오컴퓨터라고 합니다. 프로테옴에서 제조한 스위치 부품은 합성 단백질 칩, 유전자 발생 칩, 헤모글로빈 칩 등을 포함하여 개발되었습니다.

단백질로 만든 컴퓨터 칩은 1 제곱 미크론 면적에 수억 개의 회로를 수용할 수 있다. 저장 지점은 분자 크기가 하나뿐이므로 저장 용량은 일반 컴퓨터의 654.38+0 억 배에 달할 수 있습니다. 단백질로 만든 집적 회로 크기는 실리콘 집적 회로의 10 분의 1 에 불과하며, 실행 속도가 더 빠르며 10 ~ 1 1 초만 인간의 뇌의 사고 속도를 훨씬 능가한다. 바이오컴퓨터 부품 밀도는 뇌 뉴런보다 654.38+0 만 배 높으며, 정보 전달 속도도 인간의 뇌보다 빠르다.

바이오칩은 정보를 전달할 때 임피던스가 적고 에너지 소비량이 낮은 특징을 가지고 있으며, 자가 조직, 자가 복구 기능을 갖추고 있어 인체와 뇌와 결합해 뇌의 지휘에 복종하고 인체로부터 영양을 흡수할 수 있다. 바이오칩을 인간의 뇌에 이식하면 맹인이 빛을 다시 볼 수 있고, 인간의 뇌의 천배 기억력을 높일 수 있다. 혈관을 이식하면 인체 내 화학변화를 감시하고 각종 질병의 발생을 예방할 수 있다.

미국은 바이오컴퓨터에 사용할 수 있는 분자 회로를 개발했다. 그것은 현대 컴퓨터 회로의 1/1000 크기인 유기 물질의 분자로 이루어져 있다.

바이오전자 기술은 생명기술과 전자기술이 교묘하게 결합된 신기술이다. 그것은 마이크로 일렉트로닉스와 생명 공학을 이용하여 DNA 분자 간의 생화학 반응이 한 유전자 암호에서 다른 유전자 코드에 이르는 효소의 작용으로 순식간에 이루어지도록 한다. 반응 전 유전자 코드는 입력 데이터로 사용될 수 있고, 반응 후 유전자 코드는 연산 결과로 사용될 수 있다. 제대로 제어된다면, 이 과정은 새로운 종류의 컴퓨터를 만드는 데 사용될 수 있다. DNA 컴퓨터는 속도가 빠르며, 며칠 동안의 계산량은 세계 모든 컴퓨터의 출현 이후 총 계산량에 해당한다. 또한 스토리지 용량이 매우 커서 현재 모든 컴퓨터의 스토리지 용량을 초과합니다. 그리고 DNA 컴퓨터는 일반 컴퓨터의 10 억분의 1 에 불과한 매우 낮은 에너지를 소비한다.

수년 동안 바이오컴퓨터는 줄곧 사람들의 기대였다. 이를 통해 기존 컴퓨터가 실현할 수 없는 모호한 추리 기능과 신경망 컴퓨팅 기능을 실현할 수 있는 지능형 컴퓨터의 돌파구 중 하나입니다. 일부 과학자들은 이런 신형 컴퓨터가 곧 실질적인 진전을 이룰 것이라고 생각한다.

양자컴퓨터

2000 년 IBM 은 5 개의 원자를 프로세서와 메모리로 활용하는 양자 컴퓨터, 즉 양자 컴퓨터를 개발했다고 발표했습니다.

무어의 법칙에 따르면, 컴퓨터 프로세서는 점점 작아지고, 기능은 점점 더 강해지고 있다. 그러나 현재의 프로세서 제조 방법은 향후 10 년 동안 한계에 도달할 것으로 예상됩니다. 오늘날 리소그래피 기술은 분자 크기의 마이크로장치를 만들 수 없기 때문에 연구원들은 유전자 체인을 이용하거나 다른 마이크로기술을 개발하여 컴퓨터를 만들려고 합니다.

양자 컴퓨터는 원자의 신비한 양자 물리적 성질을 바탕으로 상호 작용을 통해 원자가 컴퓨터 프로세서와 메모리의 역할을 할 수 있게 하는 장치이다. 양자 컴퓨터의 기본 구성 요소는 원자와 분자이다. IBM 의 이 양자 컴퓨터는 초고속 컴퓨팅 기능을 갖춘 차세대 컴퓨팅 장치에 새로운 발걸음을 내디뎠다고 여겨진다. 초고속 데이터베이스 검색 및 암호, 즉 암호 컴파일 및 디코딩에도 사용할 수 있습니다. 이 양자 컴퓨터 프로토타입을 이용하여 IBM 은 암호학의 전형적인 수학 문제, 즉 함수를 해결하는 주기를 해결했다. 한 번에 이 문제의 모든 예를 해결할 수 있으며, 일반 컴퓨터는 이러한 문제를 해결하기 위해 여러 번 반복해야 합니다.

마이크로전자 기술은 도전에 직면해 있지만, 전통적인 제조업은 도전에 직면하여 낙담하지 않고, 여전히 문제 해결의 새로운 방법을 끊임없이 탐구하고 있다. 미국 전화전보회사 벨 연구소는 1988 에서 성공적인 터널 트라이오드를 개발했다. 이 새로운 전자 장치의 기본 원리는 두 반도체 사이에 1 에서 10 나노 사이의 얇은 절연체를 형성하는 것입니다. 이때 전자는 절연체를 통과할 확률이 있다. 이것이 양자 터널 효과입니다. 초박형 절연층은 산 아래의 터널과 같아서 전자는 산 한쪽에서 다른 쪽으로 순조롭게 전파될 수 있다. 양자 터널링 효과의 교묘한 응용으로 인해 부품 크기는 현재 집적 회로보다 100 배 작지만 연산 속도는 1000 배 빠르고 전력 소비량은 기존 트랜지스터의 천분의 1 에 불과합니다. 분명히, 새로운 소형, 고속, 저전력 장치는 집적 회로의 물리적 한계를 뛰어넘는 데 큰 의미가 있습니다. 연구가 진행됨에 따라 최근 몇 년 동안 과학자들은 단일 전자 트랜지스터를 성공적으로 개발하여 단일 전자를 제어함으로써 특정 기능을 완성할 수 있게 되었다.

지난 수십 년 동안 실리콘은 고속 성장의 길을 걸었다. 30nm 트랜지스터 기술은 실리콘 칩이 4 억 개의 결정체 전면을 수용할 수 있게 할 것이다. 그러나 이런 성장은 영원히 지속될 수 없다. 실리콘 웨이퍼가 곧 끝날 것이기 때문입니다. 누가 전통적인 실리콘 컴퓨터의 종결자가 될 것인가? 현재 과학자들은 광학 컴퓨터, 생물학 컴퓨터, 양자 컴퓨터를 잘 보고 있는데, 그중 양자 컴퓨터의 목소리가 가장 높다.

광학 컴퓨터는 전자를 광자로 대체하여 계산하고 저장한다. 서로 다른 파장의 빛을 사용하여 서로 다른 데이터를 표현하므로 복잡한 계산을 신속하게 수행할 수 있습니다. 그러나 광학 컴퓨터를 만들기 위해서는 한 다발로 다른 빛의 변화를 제어할 수 있는 광학 트랜지스터를 개발해야 한다. 기존의 광 트랜지스터는 거대하고 서툴러서 그것으로 만든 데스크탑 컴퓨터는 자동차만큼 클 것이다. 따라서 광컴퓨터는 단기간에 실용단계에 들어가기가 어렵다.

DNA (디옥시리보 핵산) 컴퓨터는 미국 남부 캘리포니아 대학 아들러만 박사가 1994 년에 내놓은 기발한 생각이다. 그는 DNA 분자 간의 생화학 반응을 통제함으로써 수술을 완성할 것을 제안했다.

DNA 는 4 개의 뉴클레오티드 배열 조합을 통해 생물 유전 정보를 저장하는 생물 유전의 물질적 기초이다. DNA 컴퓨터의 주요 원리는 특정 DNA 조각 간의 상호 작용을 통해 DNA 에 연산 정보를 배열하여 연산 결과를 얻는 것이다.

나이트만 교수는 DNA 컴퓨터 연구 분야의 선구자이다. 그는 1994 실험에서 DNA 컴퓨터가 유명한' 판매원 문제' 를 해결할 수 있다는 것을 증명하고, 처음으로 이 컴퓨팅 기술의 실현 가능성을 입증했다. 수학 언어로 볼 때,' 판매원 문제' 는 7 개 도시에서 가장 짧은 노선을 찾는 것이다. 이 질문은 비교적 간단하므로 마음으로 대답할 수 있다.

하지만 이번에는 아들러만 교수가 DNA 컴퓨터로 시연한 새로운 문제가 훨씬 더 어려웠습니다. 인간의 뇌 컴퓨팅 능력이 처리할 수 있는 것이 아니었습니다. 이 문제는 시각적으로 표현될 수 있다. 654 만 38+0 만 대의 차가 있는 차고에 들어가 만족스러운 차를 사고 싶다고 가정해 보자. 너는 업무원에게' 네 개와 오토매틱 사고 싶다',' 오픈카와 하늘색',' BMW' 등 많은 조건을 제시했는데, 합치면 24 가지가 있다. 차고 전체에서 단 한 대의 차만이 너의 모든 요구를 만족시킬 수 있다. 이론적으로, 판매원은 반드시 열심히 한 대의 차를 찾아야 한다. 전통적인 전자 컴퓨터는 이런 직렬 계산 방법을 사용하여 문제를 해결한다.

아들러만 등이 디자인한 DNA 컴퓨터는 이 문제를 병행했다. 그들은 먼저 DNA 단편으로 654.38+0 만 개의 가능한 답을 인코딩한 다음 각각 24 가지 제한 사항 중 하나를 나타내는 DNA 를 하나씩 통과하게 했다. 컨테이너를 통과할 때마다 특정 제한 조건을 충족하는 DNA 분자는 반응 후 남아 다음 컨테이너로 들어가 다른 제한 검사를 계속 받고 불만족스러운 것은 제외된다.

이 문제를 해결하는 과정에서 볼 수 있듯이, 이론적으로 DNA 컴퓨터의 컴퓨팅 전략과 속도는 기존의 전자 컴퓨터보다 더 빠를 것이다. 아들러만 교수는 그들의 새로운 실험이 DNA 컴퓨터 모델의 컴퓨팅 능력을 더욱 향상시켰지만, 전반적으로 DNA 컴퓨터의 오류율은 여전히 너무 높다고 말했다. 실제로 전자컴퓨터를 능가하려면 DNA 대분자의 조작 기술에 큰 돌파구가 필요하다. 그리고 현재 유행하는 DNA 계산 기술은 반드시 DNA 를 시험관 액체에 용해시켜야 한다. 이 컴퓨터는 유기 액체로 가득 찬 시험관 더미로 이루어져 있는데 신기하지만 서투르다. 만약 이 문제가 해결되지 않는다면, DNA 컴퓨터는 예측 가능한 장래에 실리콘 컴퓨터를 대체하기 어렵다. 양자 컴퓨터의 전망은 이전 양자보다 더 밝은 것 같다. 일부 과학자들은 양자 컴퓨터가 차세대 컴퓨터 개발 열풍에서 두드러질 것이라고 예측했다.

중국 과학기술대학의 양자컴퓨터 연구에 종사하는 전문가들도 양자를 신비한 것으로 묘사하고, 만약 쥐 한 마리가 고양이 한 마리를 돌아야 한다면, 고전적인 물리 이론에 따르면, 그것은 왼쪽에서 통과하거나 오른쪽에서 통과한다는 비유를 제시했다. 양자 이론에 따르면 고양이의 왼쪽과 오른쪽을 동시에 통과할 수 있다. 일반인이 이해할 수 없는 양자로, 5000 개의 양자비트를 가진 양자컴퓨터가 약 30 초 안에 많은 수의 인수 분해 문제를 해결할 수 있게 하는 것은 전통적인 슈퍼컴퓨터 654 억 38+000 억년이 걸릴 것이다. 양자컴퓨터의 출현이 컴퓨터와 사이버 보안에 큰 영향을 미칠 것이라는 것을 깨닫고 미국 과학연구기관들은 양자컴퓨터의 진전을 면밀히 주시하고 있다. 많은 국가들이 국익에서 양자 컴퓨터 연구 분야에서 치열한 경쟁을 벌이고 있다.

일본을 예로 들다. 2000 년 일본 우편성은 양자정보기술에 대한 연구투자를 늘리기로 결정했고, 20 10 년까지 400 억 엔에 이를 것으로 예상된다. 일본 우편부에 따르면 양자 정보 기술은 2030 년에 실용화될 것으로 예상된다. 2000 년에는 양자 컴퓨터의 연구 승전보가 빈번하게 전해졌다. 첫째, 중과원 지식혁신공학개방연구소가 4 개의 양자비트를 시연하는 양자컴퓨터를 성공적으로 개발했다. 나중에 미국 IBM 은 5 개의 양자 비트 양자 컴퓨터를 출시하여 시범을 보였다. 인도 과학자들도 이 연구를 열심히 진행하고 있다. 인도 국립연구소의 과학자들은 양자컴퓨터가 2005 년에 나올 것이라고 말했다. California 공대에서 과학자들은 심지어 양자 인터넷 연구에도 종사하고 있다.

양자 컴퓨터는 매우 강력하고 기묘하지만, 우리는 여전히 인내심을 가지고 기다려야 진정으로 인류를 축복할 수 있다. 양자 컴퓨터의 원리와 구조가 전통적인 컴퓨터와 완전히 다르기 때문에 과학자들은 거의 처음부터 개발해 내기가 매우 어렵다. 양자 컴퓨터 운영에 필요한 절대 저온, 원자 측정 등 가혹한 조건으로 인해 이 신비로운' 신기한' 것이 개인용 컴퓨터처럼 일반인의 집을 떠날 수 없게 되었다. 그러나 사람들은 실망할 필요가 없다. 수십 년 후, 양자 컴퓨터가 실험실에서 나와 실제로 응용할 수 있을 때, 일반인들은 인터넷을 통해 원격 양자 호스트에 액세스하여 곳곳에서 지휘하며 이 신기한 발명품을 즐길 수 있다.

양자 컴퓨터가 실용화까지는 아직 멀었지만 실리콘 컴퓨터를 대체하는 것은 시간문제일 수 있다는 것을 예견할 수 있다.