世界上最小計(jì)算機(jī)

世界上最小計(jì)算機(jī)

　　你知道世界上最小的計(jì)算機(jī)是什么樣子的嗎?下面來(lái)和學(xué)習(xí)啦小編一起看看吧!

　　17 個(gè)四甲基對(duì)苯醌分子就是它的全部零件

　　這個(gè)世界上最小的計(jì)算機(jī)有望讓一切納米裝置具備智能。人們?cè)O(shè)想將它裝入納米機(jī)械“盔甲”，注入人的血液，成為與癌細(xì)胞戰(zhàn)斗的“鋼鐵俠”。

　　日本國(guó)立材料科學(xué)研究所的安尼爾班• 班德亞帕德耶博士這樣形容四甲基對(duì)苯醌：“它看上去就像小汽車。”他通常會(huì)在特殊的電子顯微鏡下研究這種有機(jī)物分子。在鏡頭下，這輛“小汽車”擁有六邊形苯環(huán)組成的“車身”， 有4 個(gè)圓錐體模樣的碳?xì)?ldquo;車輪”聯(lián)接其上，而整個(gè)分子直徑小于1 納米，比可見(jiàn)光的波長(zhǎng)還要小數(shù)百倍。班德亞帕德耶希望用17 個(gè)這樣的分子拼湊出一部計(jì)算機(jī)。

　　只有17 個(gè)分子的微型大腦

　　在日本筑波市的實(shí)驗(yàn)室里，班德亞帕德耶每天在重復(fù)這樣的工作：讓這17 輛“小汽車”在黃金基板做成的“訓(xùn)練場(chǎng)”上排列成一個(gè)“車隊(duì)”，這一步驟必須在-196℃的真空環(huán)境里進(jìn)行。他將其中一個(gè)四甲基對(duì)苯醌分子放置在中央，充當(dāng)控制部門，其他16 個(gè)分子則環(huán)繞它排成一圈。裝置完成之后，這個(gè)17 個(gè)分子組成的“車隊(duì)”就能在室溫條件下正常工作了。

　　接著，班德亞帕德耶用一個(gè)非常鋒利的帶電傳導(dǎo)針對(duì)放置在中心的“小汽車”進(jìn)行電脈沖調(diào)節(jié)。由于中心“小汽車”與周圍的16 個(gè)“小汽車”存在微弱的物理關(guān)聯(lián)性，因此，當(dāng)中心“小汽車”受到電脈沖調(diào)節(jié)而“掛檔”，其他的16 個(gè)“小汽車”也被發(fā)動(dòng)起來(lái)。整個(gè)裝置像一面蜘蛛網(wǎng)，位于中心的蜘蛛一旦移動(dòng)，16 根蜘蛛絲也會(huì)產(chǎn)生不同程度的顫動(dòng)，這種顫動(dòng)隨著不同強(qiáng)度的電脈沖變化，形成不同的“信息”。

　　這些電脈沖的變化，會(huì)被利用來(lái)充當(dāng)計(jì)算機(jī)運(yùn)算的邏輯基礎(chǔ)。目前家庭中通用的晶體管計(jì)算機(jī)，僅能利用電脈沖的打開(kāi)、關(guān)閉，構(gòu)成運(yùn)算需要的兩種邏輯狀態(tài)：0 和1，即俗稱“二進(jìn)制”。而班德亞帕德耶的“分子晶體管”則擁有4 個(gè)碳?xì)鋱A錐體結(jié)構(gòu)，本質(zhì)上就有4 個(gè)不同的方向，從而擁有四種邏輯狀態(tài)： 0，1，2，3。“最亮的是3，而0是最暗的。”班德亞帕德耶指著電腦屏幕上的圖像上講解道。從理論上計(jì)算：一個(gè)電脈沖信號(hào)可以得出416 個(gè)不同結(jié)果，也就是近43 億種結(jié)果。目前這部納米計(jì)算機(jī)的運(yùn)算速度是普通晶體管計(jì)算機(jī)的16 倍，“如果將這個(gè)分子裝置從二維16 分子環(huán)狀結(jié)構(gòu)擴(kuò)展至三維的1024 分子球狀結(jié)構(gòu)，就能同時(shí)執(zhí)行1024 個(gè)指令，比普通電腦快上1024 倍。”

　　班德亞帕德耶承認(rèn)，這項(xiàng)設(shè)計(jì)的靈感來(lái)源于人類的大腦細(xì)胞，大腦細(xì)胞呈現(xiàn)樹(shù)狀放射分支形狀，每一個(gè)分支都可用于與其他分支細(xì)胞進(jìn)行溝通。“人類大腦比任何超級(jí)計(jì)算機(jī)都復(fù)雜，大腦的平行分支運(yùn)算法是其中關(guān)鍵。”班德亞帕德耶自信地說(shuō)，“我們的研究做到了一個(gè)處理器在作出指令時(shí)，也必須同時(shí)影響其他處理器。這意味著什么?意味著每一個(gè)分子都能獨(dú)立思考并彼此溝通，這將是人類創(chuàng)造的第一個(gè)納米大腦。”

　　電子計(jì)算機(jī)“黔驢技窮”

　　班德亞帕德耶不止一次聽(tīng)到人工智能專家的抱怨：在涉及到天氣預(yù)測(cè)、微生物基因掃描和需要處理大量微分子數(shù)據(jù)的納米領(lǐng)域，計(jì)算機(jī)的運(yùn)算速度已經(jīng)跟不上形勢(shì)。19 世紀(jì)愛(ài)爾蘭數(shù)學(xué)家威廉• 哈米爾頓曾提出這樣一個(gè)問(wèn)題：給出一系列任意的城市，每次只經(jīng)過(guò)一個(gè)城市，連接所有城市的最短路徑是哪一條?不少數(shù)學(xué)家曾經(jīng)試圖利用計(jì)算機(jī)來(lái)解答這一問(wèn)題，但他們很快發(fā)現(xiàn)：如果城市有100 個(gè)，連目前最快的超級(jí)計(jì)算機(jī)也要耗費(fèi)上億年的時(shí)間去計(jì)算。

　　每個(gè)人都希望發(fā)展出運(yùn)算能力更強(qiáng)的電子計(jì)算機(jī)。計(jì)算機(jī)運(yùn)算速度的快慢，取決于芯片上集成晶體管數(shù)目的多少。但隨著芯片上線路密度的增加，其復(fù)雜性和差錯(cuò)率也將呈指數(shù)增長(zhǎng)。一旦芯片上線條的寬度達(dá)到納米數(shù)量級(jí)時(shí)，這種情況下材料的物理、化學(xué)性能將發(fā)生質(zhì)的變化，導(dǎo)致采用現(xiàn)行工藝的半導(dǎo)體器件不能正常工作。

　　這種情況讓美國(guó)邁特公司的納米技術(shù)專家詹姆斯• 埃倫博根教授堅(jiān)信，班德亞帕德耶博士的成果具有重大的意義：“一旦我們掌握了制造這種體積不超過(guò)鹽粒大的計(jì)算機(jī)的技術(shù)，我們就會(huì)從根本上處于一種新的形勢(shì)。自然界有各種分子，到目前為止，直接利用自然界中的分子來(lái)制造計(jì)算機(jī)，是我所知道的突破計(jì)算機(jī)運(yùn)算極限的唯一方式。”

　　“人工智能專家們已開(kāi)始認(rèn)識(shí)到，如果要制造和人腦一樣復(fù)雜的電腦，模仿生物學(xué)是他們的最佳選擇。”美國(guó)馬薩諸塞州庫(kù)日韋爾技術(shù)公司的雷• 庫(kù)日韋爾說(shuō)，“因此，電腦公司和大學(xué)研究人員都忙著學(xué)習(xí)生物學(xué)速成課程。” 2003 年，以色列魏茲曼研究院耶胡達(dá)• 夏皮羅教授在試管中研制出具有數(shù)學(xué)計(jì)算功能的分子計(jì)算機(jī)，這臺(tái)計(jì)算機(jī)只有一滴水滴大小，卻包含有數(shù)目繁多的器件。它用酶做硬件，用DNA 分子作為軟件，內(nèi)部包含有1 萬(wàn)億個(gè)活的細(xì)胞，每秒鐘可完成10 億次計(jì)算，準(zhǔn)確率高達(dá)99.8%。但夏皮羅的同事伊塔瑪爾• 魏茲曼強(qiáng)調(diào)，研究的主要意圖并不在于突出分子計(jì)算機(jī)的運(yùn)算速度：“我們希望分子計(jì)算機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)生物監(jiān)控設(shè)備的作用，譬如，它植入人體內(nèi)可以監(jiān)控患者藥劑使用狀況和生理反應(yīng)。”