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據MSNBC網站報道，世界上最強大的計算機是人類大腦，而納米技術正在推進分子電腦的誕生。日前日本科學家大有突破，設計出世界首臺分子機器，可模仿大腦的工作原理。此發現可提供同時控制許多分子機器的辦法，加快電腦運行能力，或許會讓摩爾定律繼續有效。迄今為止，這種裝置的運算速度是普通晶體管計算機的16倍。但研究人員聲稱，這項發明的運算速度最終將會比普通晶體管計算機快1000倍。它不僅能充當超級計算機的基礎，還可用于控制復雜裝置的元件，如：精微醫師和精微工廠。 8 l& T$ R K! ~) [
此機器是由17個杜醌(duroquinone)分子,其中1個杜醌分子居中,充當控制部,另外16個分子圍繞著它,都是在金表面上通過自我組合而成的.日本筑波市國立材料科學研究所的人工智能和分子電子學科學家安尼班·班德亞帕德耶(Anirban Bandyopadhyay)解釋稱,杜醌的直徑不到1納米,它比可見光波長還要小數百倍.而且,杜醌分子是六邊形面上連接著4個圓錐細胞,看上去就像一輛小汽車.
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4 J0 e6 B* e) ?& l$ I: T 此圖證實日本分子電腦的設計堪稱“人造腦”) p6 r- |) X4 l. o2 o4 _+ Z
工作原理4 z3 V) G3 [ R! v! R6 K/ z
科學家通過來自掃描隧道顯微鏡特別尖的導電針上的電脈沖來調節此居中的杜醌分子，從而對此裝置進行操作。由于電脈沖強度的不同，此分子及其4個 圓錐細胞將出現不種方式的移位。再加上居中杜醌分子與周圍的16個杜醌分子連接的化學鍵不牢固，從而導致每一個分子也出現移位變化。這就像推倒一塊多米諾 骨牌會引發一連串的多米諾骨牌倒下。+ G5 ]! s# D3 }2 @
可以想像一下，1只蜘蛛位于由16根蜘蛛絲編織的蜘蛛網中心，當蜘蛛向某一個方向移動時，每根連接它的蜘蛛絲就會各自感受稍有不同的拖拉。依照 這種方式，居中杜醌分子的電脈沖可同時向周圍16個分子傳送不同的指令。研究人員稱這項設計是受大腦細胞的啟發，因為大腦神經細胞有樹狀一樣的放射狀神經 分枝，每一個分枝都習慣于和其他大腦神經細胞溝通，傳輸指令。電腦科學家表示未來幾十年巨大的并行處理會革新電腦的思維方式。! `. [: g/ R8 }( Y8 v) j# o
班德亞帕德耶說，所有這些連接正是大腦如此強大的原因。由于杜醌擁有4個圓錐細胞，本質上就有4個不同的配置。再由于此居中杜醌分子還同時控制 其他16個分子，從算術上計算，這意味著一個電脈沖信號可以實現4的16次方（近43億）種不同的結果。相比之下，普通晶體管計算機一次僅能夠執行一種指 令，或0或1，僅有兩種不同結果。3 Q8 r5 ?# Z* o4 G/ D
研究人員使用掃描隧道顯微鏡確實讓此16個分子正如他們所希望的那樣回應了中心控制分子的指令。這就像空間站和太空船通話一樣。如果你看過科幻電影《神奇旅程》，就明白這是怎么回事。: @$ B; q1 k+ \8 ]2 D% N7 u
. @3 s4 h% {0 d7 T' l' W+ c& n 一對多通信在自然界很普遍，機器也能實現
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科學家可以將這種裝置與其他分子相結合來使用。比如：研究人員建造一批僅由分子構成的機器，如發動機、推進器、電閘、電梯和傳感器等。此裝置將 提供辦法來控制所有其他裝置整體性地協調運轉。的確，班德亞帕德耶及其同事證實了他們可以讓他們的發明調控8臺這種分子機器協同工作，好像它們都是微型工 廠的一部分。% K" Y3 n; b! Q" E0 D$ w
班德亞帕德耶稱，此發明還可用于控制復雜分子機器上裝備的元件。今后的應用之一將醫學領域，設想將這樣的分子儀器植入血液中，或許能夠摧毀人體 內的腫瘤。將來腦瘤患者不用做手術，因為血液中的分子組裝機會直達目標地，執行目標任務。目前此發明的應用是掃描隧道顯微鏡上配備的特別尖的導電針。然 而，班德亞帕德耶希望將來能使用分子代替導電針，對此裝置發送指令。另一應用是基于大腦工作方式建造巨大平行處理的超級電腦。2 v Z, R# e8 c0 C
此裝置需要在真空和零下196攝氏度極冷的條件下制成，不過，它卻能在室溫條件下正常工作。研究人員可以將此裝置從二維的16分子環狀結構擴展 至三維的1024分子球狀結構。這意味著它能同時執行1024個指令，產生4的1024次種不同的結果。這項研究成果發表在3月10日出版的《美國國家科 學研究院學報》上。 |
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發表于 2010-3-2 22:11:41
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