世界上最小計算機

　　你知道世界上最小的計算機是什么樣子的嗎?下面來和學習啦小編一起看看吧!

　　17 個四甲基對苯醌分子就是它的全部零件

　　這個世界上最小的計算機有望讓一切納米裝置具備智能。人們設想將它裝入納米機械“盔甲”，注入人的血液，成為與癌細胞戰(zhàn)斗的“鋼鐵俠”。

　　日本國立材料科學研究所的安尼爾班• 班德亞帕德耶博士這樣形容四甲基對苯醌：“它看上去就像小汽車。”他通常會在特殊的電子顯微鏡下研究這種有機物分子。在鏡頭下，這輛“小汽車”擁有六邊形苯環(huán)組成的“車身”， 有4 個圓錐體模樣的碳氫“車輪”聯(lián)接其上，而整個分子直徑小于1 納米，比可見光的波長還要小數百倍。班德亞帕德耶希望用17 個這樣的分子拼湊出一部計算機。

　　只有17 個分子的微型大腦

　　在日本筑波市的實驗室里，班德亞帕德耶每天在重復這樣的工作：讓這17 輛“小汽車”在黃金基板做成的“訓練場”上排列成一個“車隊”，這一步驟必須在-196℃的真空環(huán)境里進行。他將其中一個四甲基對苯醌分子放置在中央，充當控制部門，其他16 個分子則環(huán)繞它排成一圈。裝置完成之后，這個17 個分子組成的“車隊”就能在室溫條件下正常工作了。

　　接著，班德亞帕德耶用一個非常鋒利的帶電傳導針對放置在中心的“小汽車”進行電脈沖調節(jié)。由于中心“小汽車”與周圍的16 個“小汽車”存在微弱的物理關聯(lián)性，因此，當中心“小汽車”受到電脈沖調節(jié)而“掛檔”，其他的16 個“小汽車”也被發(fā)動起來。整個裝置像一面蜘蛛網，位于中心的蜘蛛一旦移動，16 根蜘蛛絲也會產生不同程度的顫動，這種顫動隨著不同強度的電脈沖變化，形成不同的“信息”。

　　這些電脈沖的變化，會被利用來充當計算機運算的邏輯基礎。目前家庭中通用的晶體管計算機，僅能利用電脈沖的打開、關閉，構成運算需要的兩種邏輯狀態(tài)：0 和1，即俗稱“二進制”。而班德亞帕德耶的“分子晶體管”則擁有4 個碳氫圓錐體結構，本質上就有4 個不同的方向，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。從理論上計算：一個電脈沖信號可以得出416 個不同結果，也就是近43 億種結果。目前這部納米計算機的運算速度是普通晶體管計算機的16 倍，“如果將這個分子裝置從二維16 分子環(huán)狀結構擴展至三維的1024 分子球狀結構，就能同時執(zhí)行1024 個指令，比普通電腦快上1024 倍。”

　　班德亞帕德耶承認，這項設計的靈感來源于人類的大腦細胞，大腦細胞呈現樹狀放射分支形狀，每一個分支都可用于與其他分支細胞進行溝通。“人類大腦比任何超級計算機都復雜，大腦的平行分支運算法是其中關鍵。”班德亞帕德耶自信地說，“我們的研究做到了一個處理器在作出指令時，也必須同時影響其他處理器。這意味著什么?意味著每一個分子都能獨立思考并彼此溝通，這將是人類創(chuàng)造的第一個納米大腦。”

　　電子計算機“黔驢技窮”

　　班德亞帕德耶不止一次聽到人工智能專家的抱怨：在涉及到天氣預測、微生物基因掃描和需要處理大量微分子數據的納米領域，計算機的運算速度已經跟不上形勢。19 世紀愛爾蘭數學家威廉• 哈米爾頓曾提出這樣一個問題：給出一系列任意的城市，每次只經過一個城市，連接所有城市的最短路徑是哪一條?不少數學家曾經試圖利用計算機來解答這一問題，但他們很快發(fā)現：如果城市有100 個，連目前最快的超級計算機也要耗費上億年的時間去計算。

　　每個人都希望發(fā)展出運算能力更強的電子計算機。計算機運算速度的快慢，取決于芯片上集成晶體管數目的多少。但隨著芯片上線路密度的增加，其復雜性和差錯率也將呈指數增長。一旦芯片上線條的寬度達到納米數量級時，這種情況下材料的物理、化學性能將發(fā)生質的變化，導致采用現行工藝的半導體器件不能正常工作。

　　這種情況讓美國邁特公司的納米技術專家詹姆斯• 埃倫博根教授堅信，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鹽粒大的計算機的技術，我們就會從根本上處于一種新的形勢。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制造計算機，是我所知道的突破計算機運算極限的唯一方式。”

　　“人工智能專家們已開始認識到，如果要制造和人腦一樣復雜的電腦，模仿生物學是他們的最佳選擇。”美國馬薩諸塞州庫日韋爾技術公司的雷• 庫日韋爾說，“因此，電腦公司和大學研究人員都忙著學習生物學速成課程。” 2003 年，以色列魏茲曼研究院耶胡達• 夏皮羅教授在試管中研制出具有數學計算功能的分子計算機，這臺計算機只有一滴水滴大小，卻包含有數目繁多的器件。它用酶做硬件，用DNA 分子作為軟件，內部包含有1 萬億個活的細胞，每秒鐘可完成10 億次計算，準確率高達99.8%。但夏皮羅的同事伊塔瑪爾• 魏茲曼強調，研究的主要意圖并不在于突出分子計算機的運算速度：“我們希望分子計算機能夠實現生物監(jiān)控設備的作用，譬如，它植入人體內可以監(jiān)控患者藥劑使用狀況和生理反應。”