211service.com
Masowo równoległy komputer zbudowany z pojedynczej warstwy cząsteczek
Nowoczesne chipy komputerowe przetwarzają dane z oszałamiającą szybkością około 10^13 bitów na sekundę. Dla porównania neurony strzelają z szybkością około 100 razy na sekundę. A jednak mózg przewyższa najlepsze komputery w wielu zadaniach.
Jednym z powodów jest sposób przeprowadzania obliczeń. W komputerach obliczenia odbywają się w ścisłych potokach, po jednym na raz.
Jednak w mózgu jednocześnie odbywa się wiele obliczeń. Każdy neuron komunikuje się jednocześnie z maksymalnie 1000 innymi neuronami. A ponieważ mózg składa się z miliardów neuronów, potencjał obliczeń równoległych jest wyraźnie ogromny.
Informatycy doskonale zdają sobie sprawę z tej różnicy i próbowali na wiele sposobów naśladować masowo równoległe zdolności mózgu. Ale sukces był trudny do osiągnięcia.
Dzisiaj Anirban Bandyopadhyay z National Institute for Materials Science w Tsukuba w Japonii ujawnia obiecujące nowe podejście. Sercem ich eksperymentu jest cząsteczka przypominająca pierścień zwana 2,3-dichloro-5,6-dicyjano-p-benzochinonem lub DDQ.
Ma to niezwykłą właściwość: może istnieć w czterech różnych stanach przewodzenia, w zależności od umiejscowienia elektronów uwięzionych wokół pierścienia. Co więcej, możliwe jest przełączanie molekuły z jednego do drugiego stanu, podłączając ją napięciem o różnej mocy za pomocą końcówki skaningowego mikroskopu tunelowego. Możliwe jest nawet zniekształcenie możliwych stanów, które mogą powstać, umieszczając cząsteczkę w polu elektrycznym
Umieść obok siebie dwie cząsteczki DDQ i możesz je połączyć. W rzeczywistości pojedyncza cząsteczka DDQ może łączyć się z od 2 do 6 sąsiadów, w zależności od jej stanu przewodnictwa i ich stanu. Kiedy jedna cząsteczka zmienia swój stan, zmiana konfiguracji faluje od jednej cząsteczki do drugiej, tworząc i reformując obwody podczas podróży.
Biorąc to wszystko pod uwagę, nietrudno sobie wyobrazić, jak warstwa cząsteczek DDQ może zachowywać się jak automat komórkowy, z każdą cząsteczką jako komórką w automacie. Z grubsza mówiąc, zasady przechodzenia komórek z jednego stanu do drugiego są ustalane przez obciążenie molekuł, a stan początkowy jest programowany przez skaningowy mikroskop tunelowy.
I to jest dokładnie to, co zrobili ci faceci. Złożyli 300 cząsteczek DDQ na złotym podłożu, ustawiając je jako automat komórkowy. Co bardziej imponujące, zainicjowali system tak, aby obliczał sposób, w jaki ciepło dyfunduje w medium przewodzącym i sposób, w jaki nowotwór rozprzestrzenia się przez tkankę.
A ponieważ w obliczeniach bierze udział cała warstwa, jest to obliczenie masowo równoległe przy użyciu pojedynczej warstwy cząsteczek organicznych.
Bandyopadhyay i wsp. twierdzą, że kluczową cechą tego typu obliczeń jest fakt, że jedna cząsteczka DDQ może łączyć się z wieloma innymi, podobnie jak neurony w mózgu. Mówią, że uogólnienie tej zasady… otworzyłoby nową perspektywę powstających komputerów przy użyciu zestawu molekuł.
Wyraźnie intrygująca perspektywa.
Nr ref.: arxiv.org/abs/1110.5844 : Masowo równoległe obliczanie organicznej warstwy molekularnej