Molekylär datoranvändning: att göra sig upp | npg asia material

Molekylär datoranvändning: att göra sig upp | npg asia material

Anonim

Nätverk av molekyler kan lösa beräkningsproblem genom att agera samtidigt och kollektivt, besläktade med neuroner i den mänskliga hjärnan

Sedan transistorbaserade datorer har kommit har datorhastighet och komplexitet ökat exponentiellt. Den centrala behandlingsenheten i en modern dator innehåller över en miljard transistorer och kan utföra hundratals miljarder instruktioner varje sekund. Men även den prestandanivån slås väl ut i många enkla men viktiga uppgifter av den mänskliga hjärnan, som bara behandlar tusen instruktioner varje sekund.

En del av hjärnans fördel härstammar från den parallella naturen hos dess beräkningskretsar. Anirban Bandyopadhyay vid National Institute for Material Science i Japan tillsammans med kollegor i Japan och USA har nu visat en fysisk plattform för beräkning som kan ha höga grader av sådan parallellism. 1

Forskaren konstruerade sin plattform, ett "cellulärt automatnätverk", som ett par molekylskikt på ett guldunderlag. Genom att skanna spetsen av ett skanningstunnelmikroskop (STM) över lagren fick enskilda molekyler att växla mellan fyra olika ledande tillstånd, var och en producerade en annan styrka av anslutning med nodens grannar. Information kan kodas i detta nätverk i tillståndet för varje molekylär nod och på det sätt noder är anslutna. Medan sådana nätverk tidigare visats, möjliggör den molekylära versionen som byggdes av Bandyopadhyay och hans kollegor en större grad av kommunikation mellan angränsande molekylära noder, vilket möjliggör snabbare beräkning.

När nätverket har satt sig i en initial konfiguration kan det göras att utvecklas - och beräkna - genom att applicera en spänningsavtryckare på STM-spetsen. Att välja ett visst initialt tillstånd, applicera en viss spänning eller införa laddning på rätt plats kan forskarna få nätverket att utföra traditionella logikgrindfunktioner av den typ som finns i dagens datorer. De simulerade också nätverkets förmåga att lösa problem som diffusion och cancercellstillväxt utan användning av logiska grindfunktioner (Fig. 1).

Image

Fig. 1: Schematisk illustration av hur ett nätverk av molekyler (bakgrund) kan simulera diffusion (förgrund).

Det cellulära automatnätverket är konstruerat utan att placera och koppla in varje nod i nätverket individuellt, och representerar sålunda en enklare väg till beräkning med hjälp av mobilautomater jämfört med tidigare metoder. Bandyopadhyay säger att forskargruppen planerar att skala upp antalet inblandade noder, samt utvidga strukturen till tre dimensioner. "I slutändan kan dessa" nanohjärnor "kunna lösa problem som är oöverträffade med hjälp av aktuell teknik, till exempel förutsäga naturkatastrofer som är decennier borta."

Författare

Denna forskningshöjdpunkt har godkänts av författaren till den ursprungliga artikeln och alla empiriska data som finns i har tillhandahållits av nämnda författare.