Nanocomputing: Können Computer wirklich mikroskopisch klein sein?

Mit der Verbesserung der Technologie wächst der Drang, Geräte so klein wie möglich zu machen. Wir sehen dies überall um uns herum; Von der Entwicklung von Supercomputern zu Mikrocomputern ging es weltweit darum, so viel wie möglich zu verkleinern.

Was ist Nanocomputing?

Wie der Name schon sagt, bezieht sich Nanocomputing auf Rechenprozesse und -geräte, die sehr klein sind. Es ist ein Begriff, der verwendet wird, um die Manipulation, Verarbeitung und Darstellung von Daten durch Computer zu beschreiben, die kleiner als ein Mikrometer sind. Nanocomputing-Geräte bestehen aus Halbleitertransistoren mit einer Länge von 100 Nanometern und weniger.

Lass es uns aufschlüsseln. Nanocomputing lässt sich in zwei Wörter unterteilen: "Nano" und "Computing". Computing ist die Verwendung eines Computers (Hardware oder Software), um Daten zu verarbeiten und algorithmische Prozesse durchzuführen. Nano kommt vom Wort Nanometer. Genau wie Zentimeter und Meter ist der Nanometer eine Maßeinheit für die Länge und entspricht einem Milliardstel Meter.

Wie klein ist ein Nanometer?

Zu sagen, ein Nanometer ist ein Milliardstel eines Meters, könnte für Sie sehr abstrakt sein. Also haben wir uns entschieden, es auf die Alltagswelt zu beziehen.

• Ein menschlicher DNA-Strang hat einen Durchmesser von 2,5 Nanometern
• Ein Blatt Papier ist etwa 100.000 Nanometer dick
• Es gibt 25.400.000 Nanometer in einem Zoll
• Ein Nanometer ist ungefähr so ​​lang, wie Ihr Fingernagel in einer Sekunde wächst
• Ein einzelnes Goldatom hat einen Durchmesser von etwa einem Drittel Nanometer
• Wenn der Durchmesser einer Murmel im Vergleich einen Nanometer betragen würde, dann würde der Durchmesser der Erde etwa einen Meter betragen
• Ein menschliches Haar hat einen Durchmesser von etwa 75 Mikron (abgekürzt 75 μm) oder 75.000 nm (Nanometer)

Nanotechnologie und Nanocomputer

Nanotechnologie ist die Verwendung extrem kleiner Dinge wie Atome und Moleküle, um Systeme, Strukturen und Geräte herzustellen. Es beinhaltet das Studium (Wissenschaft und Technik) von Materie mit Abmessungen zwischen einem und hundert Nanometern.

Ein Nanocomputer ist ein Computer mit wirklich winzigen Schaltkreisen, die nur mit Hilfe eines Mikroskops zu sehen sind. Unsere aktuellen Gadgets bestehen aus Halbleitern mit einer Länge von weniger als hundert Nanometern. Nanocomputer arbeiten, indem sie Daten in Quantenpunkten oder Spins speichern.

Woraus besteht ein Nanocomputer?

Wie die meisten Computer bestehen Nanocomputer aus Computerchips und der einzige Unterschied besteht darin, dass sie erheblich kleiner sind als die Mikrochips, die Sie kennen. Computerchips bestehen aus einem Halbleiter namens Silizium.

Mit den Jahren und dem Streben nach immer kleineren Geräten werden immer mehr Transistoren in Silizium gepackt. Moderne Prozessoren enthalten Milliarden von Transistoren, die durch feine Kupferdrähte miteinander verbunden sind. Jeder Transistor dient als Ein/Aus-Schalter, sendet, empfängt und verarbeitet Informationen und steuert den Strom durch den Chip.

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Vorteile von Nanocomputing

Nanocomputing bedeutet Rechenprozesse, die von Geräten ausgeführt werden, die um zehn oder hundert Einheiten verkleinert werden, bis sie weniger als hundert Nanometer sind. Dieses Herunterskalieren erhöht die Schaltungsfunktionalität exponentiell bis zu zehntausendfach.

Es bedeutet auch, dass die Rechenleistung des Geräts millionenfach gesteigert wird. Dies führt zu einem geringeren Stromverbrauch und einer längeren Akkulaufzeit. Es wäre auch unnötig, kleinere Boxen und Lüfter zum Kühlen der Schaltkreise herzustellen.

Nanocomputer sind auch deutlich schneller als andere Mikrocomputer und können Berechnungen durchführen, die andere Computer nicht können. Ihre reduzierte Größe ist auch ein zusätzlicher Vorteil, da sie kleiner, leichter und leicht zu transportieren sind. Außerdem sind sie immun gegen Lärm und andere Störungen.

Nachteile von Nanocomputing

Obwohl Nanocomputing viele Vorteile mit sich bringt, hat es auch Nachteile. Die Herstellung von Geräten, die auf Basis der Nanotechnologie funktionieren, ist sehr teuer und schwierig. Die Verkleinerung von Geräten auf mikroskopische Größe erfordert ein Maß an Technik und Know-how, das nur mit großen Geldbeträgen bewältigt werden kann.

Nanocomputing stellt auch eine Bedrohung für die heutige Wirtschaft dar. Das Aufkommen der Nanotechnologie bewirkt wie viele andere neue Technologien in vielen Wirtschaftsbereichen einen grundlegenden Wandel. Anfangs wären Nanocomputer teurer Luxus und unbezahlbar, aber mit der Zeit würden sie immer beliebter und alltäglich werden. Dies würde sich stark auf den Markt auswirken, da Technologien und Unternehmen, die sich nicht anpassen oder verbessern, aus dem Geschäft gehen würden. Und dies könnte zum Verlust von Arbeitsplätzen führen.

Die mikroskopische Natur von Nanocomputern wäre auch ein Nachteil, da sie praktisch nicht nachweisbar sind. Nanocomputer können auch zu mikroskopischen Aufzeichnungsgeräten gemacht werden und heimlich die Privatsphäre von Menschen aufzeichnen und verletzen, ohne dass sie entdeckt werden.

Anwendungen von Nanocomputing

Die Vorteile von Nanocomputing machen es in verschiedenen Bereichen und Prozessen nützlich. Schnellere Rechenprozesse bieten eine höhere Genauigkeit bei der Entwicklung von maschinellem Lernen und künstlicher Intelligenz, der Vorhersage von Wettermustern und der Erkennung komplexer Figuren in Bildern.

Die beiden Hauptanwendungen von Nanocomputing, die wir derzeit haben, sind DNA-Nanocomputing und Quantencomputing.

DNA-Nanocomputing

Nanocomputing beinhaltet die Verwendung nanoskaliger Strukturen zur Herstellung von Rechenprozessen. Nanoskalige Strukturen wie Protein und DNA (Desoxyribonukleinsäure) können zur Herstellung von Nanocomputern verwendet werden.

DNA-Computing beinhaltet die Verwendung von DNA, molekularbiologischer Hardware und Biochemie, um Rechenprozesse durchzuführen, anstelle des traditionellen elektronischen Computings, das Siliziumchips verwendet. Informationen in der DNA werden durch ein vierstelliges genetisches Alphabet dargestellt (A [Adenin], G [Guanin], C [Cytosin] und T [Thymin]), anstelle der Binärzahlen (1 und 0) von traditionellen elektronischen Computers.

Bei der Anwendung auf separate und nicht sequenzielle Aufgaben ist der DNA-Nanocomputer besser als der herkömmliche elektronischer Computer, da er eine größere Datenmenge im Speicher speichern und mehrere Operationen ausführen kann Einmal. DNA-Nanocomputer sind erheblich schneller als ihre elektronischen Pendants.

DNA-Nanocomputing wird in der Medizin eingesetzt zur Kontrolle der Medikamentenabgabe in den Blutkreislauf und zum Nachweis von Antikörpern im Immunsystem einer Person.

Quanten-Computing

Wie beim DNA-Nanocomputing werden anstelle herkömmlicher Siliziumchips zur Durchführung von Rechenprozessen Quantenbits oder Qubits verwendet. Ein Quantenbit (Qubit) ist eine Grundeinheit der Quanteninformation. Es ist die Quantenversion des klassischen Bits, kann jedoch größere Informationen als ein Bit speichern.

Beim Quantencomputing hängen die Rechenprozesse weitgehend von den Prinzipien der Quantentheorie ab, d. h. vom Verhalten der Energie auf atomarer und subatomarer Ebene. Während Computer Einsen und Nullen verwenden, um Informationen zu kodieren, verwendet Quantencomputing Qubits, die in mehr als einem Zustand (als 1 und als 0) gleichzeitig existieren können.

Quantencomputer sind außergewöhnlich schneller als der herkömmliche Computer. Quantum Computing kann verwendet werden, um maschinelles Lernen zu verbessern, Arzneimittelreaktionen zu simulieren, Transportlogistik und Finanzmodelle zu verbessern und große Datenmengen mit hoher Geschwindigkeit zu verarbeiten.

Nanocomputing und die Zukunft

Nanocomputing ist ein Zweig der Nanotechnologie, bei dem Computersysteme und -strukturen auf wenige Nanometer verkleinert werden. Obwohl es einige Jahrzehnte dauern könnte, bis eine radikale Nanocomputing-Technologie kommerziell verfügbar wird, wird Nanocomputing die Art und Weise, wie Computer arbeiten und gebaut werden, revolutionieren.

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