Nanolaskenta: Määritelmä ja erot kvanttilaskennassa

Nanolaskenta: Määritelmä ja erot kvanttilaskennassa

Lastujen komponenttien pienentyessä niiden valmistuksen ja lämmöntuoton vaikeus kasvaa, mutta tuleeko niistä niin pieniä, ettemme voi edes siepata niitä ihmissilmällä? Tänään puhumme nanolaskenta ja sen erot kvanttilaskenta kuten tunnemme sen nykyaikaisessa laskennassa.

Teknologian edetessä ja parantaessa laitteiden tekemisen vauhti kasvaa mahdollisimman pieneksi. Näemme tämän kaikkialla ympärillämme, koska supertietokoneiden kehitys mikrotietokoneiksi, maailma on keskittynyt koon pienentämiseen mahdollisimman paljon tiheyden ja siten tehokkuuden parantamiseksi.

Mikä on nanolaskenta?

Nanokomponentti

Kuten nimestä voi päätellä, nanolaskennalla tarkoitetaan tietenkin pieniä laskentaprosesseja ja -laitteita (nano-etuliite tarkoittaa hyvin pientä). Erityisesti ja aikakaudellamme, jossa elämme, termiä käytetään kuvaamaan tietojen käsittelyä, käsittelyä ja esittämistä mikrometriä pienemmillä tietokoneilla; nanolaskennan laitteet on valmistettu puolijohdetransistoreista, joiden pituus on enintään 100 nanometriä.

Analysoidaan tämä. Nanolaskenta voidaan jakaa kahteen sanaan: "nano" ja "tietojenkäsittely". Tietojenkäsittely on tietokoneen (laitteisto ja ohjelmisto) käyttö tietojen käsittelemiseksi ja algoritmisten prosessien suorittamiseksi; nano tulee tässä tapauksessa sanasta nanometri, ja kuten senttimetri ja metri, nanometri on pituuden mittayksikkö ja on miljardin metri.

Kuinka pieni nanometri on?

nanometrit

Sanominen, että nanometri on miljardin metri, saattaa olla liian abstraktia ymmärtääksesi oikein, joten laitetaan joitain esimerkkejä jokapäiväisestä maailmasta tämän mittayksikön sijoittamiseksi perspektiiviin:

  • Ihmisen DNA: n säike on halkaisijaltaan 2.5 nanometriä.
  • Paperiarkin paksuus on noin 100,000 XNUMX nanometriä.
  • Tuumassa on 25,400,000 XNUMX nanometriä.
  • Yksi nanometri on niin kauan kuin kynsi kasvaa sekunnissa.
  • Yksi kultaatomi on halkaisijaltaan noin kolmasosa nanometristä.
  • Jos marmorin halkaisija olisi yksi nanometri, maan halkaisija olisi vertailuluokassa yksi metri.
  • Ihmisen hiusten halkaisija on noin 75 mikronia tai 75,000 XNUMX nanometriä.

Kuten näette, puhuessamme 3 nm: n transistoreilla valmistetuista siruista puhumme käytännössä atomimittakaavasta.

Nanoteknologia ja nanotietokoneet

Nanoteknologia

Nanoteknologia on äärimmäisen pienten esineiden, atomien tai molekyylien mittakaavassa, käyttö järjestelmien, rakenteiden ja laitteiden tuottamiseen. Siihen kuuluu aineen (tiede ja tekniikka) tutkimus, jonka mitat ovat sata ja sata nanometriä.

Nanotietokone on tietokone, jonka piirit ovat niin pieniä, että ne voidaan nähdä vain mikroskoopin avulla. Nykyiset laitteemme on valmistettu alle sadan nanometrin pituisista puolijohteista, ja nanotietokoneet todella toimivat tallentamalla tietoja kvanttipisteisiin tai pyöriin.

Kuten useimmat tietokoneet, nanotietokoneet on valmistettu siruista, ja ainoa ero on, että ne ovat huomattavasti pienempiä kuin tottuneet mikrosirut. Tietokonepiirit on valmistettu puolijohteesta, jota kutsutaan piiksi, kuten hyvin tiedät.

Vuosien mittaan ja pyrkimys luoda vielä pienempiä laitteita kasvaa, yhä enemmän transistoreita kerääntyy piin. Nykyaikaiset prosessorit sisältävät miljardeja transistoreita, jotka on yhdistetty hienoilla kuparilangoilla; Kukin transistoreista toimii eräänlaisena on-off-kytkimenä (joka edustaa binäärijärjestelmän ykköksiä ja nollia, johon tietokoneiden toiminta perustuu), lähettää, vastaanottaa ja käsitellä tietoa ja ohjata virtaa sirun kautta.

Mitkä ovat nanolaskennan edut ja haitat?

Nanokomponentti

Kuten olemme selittäneet, nanolaskennalla tarkoitetaan laitteiden suorittamia laskentaprosesseja, jotka pienenivät kymmenestä sataan suuruuteen alle 100 nanometriin. Tämä pienennys lisää piirin toiminnallisuutta eksponentiaalisesti jopa 10,000 kertaa, ja tarkoittaa myös, että laitteen laskentateho voidaan kertoa jopa miljoonalla. Tämä johtaa pienempään virrankulutukseen, minkä vuoksi puhumme paljon korkeammasta hyötysuhteesta.

Nanotietokoneet ovat myös huomattavasti nopeampia kuin muut mikrotietokoneet ja voivat suorittaa laskutoimituksia, joita muut eivät pystyisi suorittamaan. Niiden pieni jalanjälki on lisäetu, koska ne voidaan integroida pienempiin, kevyempiin ja kannettavampiin laitteisiin. Heistä tulee myös immuuneja melulle ja muille häiriöille.

Vaikka nanolaskennalla on tiettyjä etuja, se ei ole haittoja. Nanoteknologian pohjalta toimivien laitteiden valmistaminen on hyvin monimutkaista ja kallista, koska laitteiden mittakaavan pienentäminen mikroskooppiselle tasolle edellyttää teknistä tasoa ja kokemusta, joka voidaan saavuttaa vain miljoonan dollarin rahoinvestoinneilla.

Nanolaskenta voi myös olla uhka nykypäivän taloudelle. Nanoteknologian, kuten monien muiden uusien tekniikoiden, tulo aiheuttaa merkittävän muutoksen monilla talousalueilla; Aluksi nanotietokoneet olisivat kalliita ja kohtuuttomia ylellisyyksiä, mutta ajan myötä niistä tulisi yhä suositumpia ja yleisempiä. Tällä olisi suuri vaikutus markkinoihin, koska tekniikat ja yritykset, jotka eivät sopeudu, jäisivät taakse ja aiheuttaisivat suuria taloudellisia menetyksiä.

Nanolaskennan mikroskooppinen luonne olisi myös haitta, koska niitä ei voida käytännössä havaita. Tämä tarkoittaa, että nanotietokoneet voivat johtaa mikroskooppisten tallennuslaitteiden tuloon, jotka kykenevät salaa nauhoittamaan ihmisten yksityisyyttä loukkaamatta mahdollisuutta havaita niitä.

Quantum computing

kvanttilaskenta

Kuten DNA-nanolaskenta, kvanttibittejä tai -kbittejä käytetään perinteisten pii-sirujen käyttämisen sijaan tietokoneprosessien suorittamiseen. Kvanttibitti on kvanttilaskennan perusyksikkö, vaihtoehtoisena versiona klassisesta bitistä, mutta sen sijaan, että se pystyisi tallentamaan vain nollia ja nollia, sillä on neljä tilaa, nolla, yksi, nolla ja yksi samanaikaisesti tai kumpikaan kaksi.

Kvanttilaskenta on sellainen, jossa laskentaprosessit ovat erittäin riippuvaisia ​​kvanttiteorian periaatteista, toisin sanoen energian käyttäytymisestä atomi- ja subatomisella tasolla. Vaikka perinteiset tietokoneet käyttävät ykköksiä ja nollia tietojen koodaamiseen, kvanttilaskenta käyttää qubittejä, joita voi esiintyä useissa tiloissa samanaikaisesti kuin olemme aiemmin selittäneet.

Nanolaskennalla ei ole mitään tekemistä kvanttilaskennan kanssa, ja samalla sillä voi olla merkittävä vaikutus siihen, koska tietysti mikroskooppisen kokoisten prosessorien käyttö voi parantaa huomattavasti kvanttilaskennan suorituskykyä.