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    據(jù)國(guó)外媒體報(bào)道，世界上最強(qiáng)大的“計(jì)算機(jī)”應(yīng)當(dāng)是人類(lèi)大腦，日前，科學(xué)家模仿大腦的工作原理，設(shè)計(jì)出一種僅由十幾個(gè)微型納米級(jí)分子構(gòu)成的微型電腦。

 

    迄今為止，這種微型納米電腦的運(yùn)算速度是普通晶體管計(jì)算機(jī)的16倍，研究人員聲稱(chēng)，最終這項(xiàng)發(fā)明將實(shí)現(xiàn)比普通晶體管計(jì)算機(jī)運(yùn)算速度快1000倍。負(fù)責(zé)研制該微型裝置的科學(xué)家指出，它不僅能作為超級(jí)計(jì)算機(jī)的基礎(chǔ)，還可控制復(fù)雜裝置的元件，如：“微型醫(yī)療師”或“微型制造廠”等。

 

    微型納米電腦是由四甲基對(duì)苯醌(duroquinone)材料構(gòu)成，四甲基對(duì)苯醌的形狀是六邊形圓盤(pán)上連接著4個(gè)圓錐細(xì)胞。日本筑波市國(guó)立材料科學(xué)研究所的外籍人工智能和分子電子學(xué)科學(xué)家安尼爾班·班德尤帕德亞伊(Anirban Bandyopadhyay)解釋稱(chēng)，在顯微鏡下這種納米材料看上去就像小汽車(chē)。

 

    四甲基對(duì)苯醌的直徑小于1納米，它比可見(jiàn)光波長(zhǎng)還要小數(shù)百倍。在這種微型納米電腦中共由17個(gè)四甲基對(duì)苯醌分子構(gòu)成，其中1個(gè)四甲基對(duì)苯醌位于其他16個(gè)分子的圍繞中心，整體裝置都放置在一個(gè)金表面。

 

    微型納米電腦如何工作

 

    該微型納米電腦操作時(shí)，科學(xué)家通過(guò)一個(gè)非常鋒利的帶電傳導(dǎo)針對(duì)放置在中心的四甲基對(duì)苯醌進(jìn)行電脈沖調(diào)節(jié)，由于電脈沖強(qiáng)度的不同，納米分子和其上的4個(gè)圓錐細(xì)胞將出現(xiàn)多種方式的變化。由于中心位置的分子與周?chē)?6個(gè)分子存在微弱的化學(xué)關(guān)聯(lián)性，當(dāng)中心分子受到電脈沖調(diào)節(jié)而變化時(shí)，其他的16個(gè)分子也出現(xiàn)了變化。可以想像一下，這就像是由16根蜘蛛絲構(gòu)成的蜘蛛網(wǎng)上，1只蜘蛛位于中心，當(dāng)它向某一個(gè)方向移動(dòng)時(shí)，16根蜘蛛絲也會(huì)產(chǎn)生微弱的變化，變化的方向都不相同。

 

    按照這種方法，中心四甲基對(duì)苯醌分子的電脈沖可向周?chē)?6個(gè)分子傳送不同的指令。研究人員稱(chēng)這項(xiàng)設(shè)計(jì)的靈感來(lái)源于人類(lèi)的大腦細(xì)胞，大腦細(xì)胞呈現(xiàn)樹(shù)狀放射分支形狀，每一個(gè)分支都可用于與其他分支細(xì)胞進(jìn)行溝通。

 

    班德尤帕德亞伊稱(chēng)，正是大腦細(xì)胞的分支狀結(jié)構(gòu)連接才使大腦運(yùn)算思考能力非常強(qiáng)大。由于四甲基對(duì)苯醌擁有4個(gè)圓錐細(xì)胞，本質(zhì)上就有4個(gè)不同的方向。這個(gè)中心分子還同時(shí)控制其他16個(gè)分子，從算術(shù)上計(jì)算：一個(gè)電脈沖信號(hào)可以實(shí)現(xiàn)4的16次方個(gè)不同結(jié)果，也就是近43億種結(jié)果。與之對(duì)比，普通晶體管計(jì)算機(jī)僅能夠執(zhí)行一種指令，僅有兩種不同設(shè)置：0和1。這意味著一個(gè)電脈沖信號(hào)僅有兩種不同結(jié)果。

 

    結(jié)合式工作

 

    一種觀點(diǎn)是將這種微型納米電腦與其他分子或裝置相結(jié)合。比如：研究人員建造一個(gè)僅由分子構(gòu)成的主機(jī)，或者像過(guò)去十年時(shí)那樣大的主機(jī)，將電腦主機(jī)與發(fā)動(dòng)機(jī)、推進(jìn)器、轉(zhuǎn)換裝置、電梯、傳感器等結(jié)合在一起。這種最新設(shè)計(jì)的微型分子電腦將提供一種控制其他混合裝置的方法，使它們有機(jī)地結(jié)合成一個(gè)整體。班德尤帕德亞伊和研究同事表示，他們可以利用微型納米電腦與其他8種混合裝置結(jié)合，工作起來(lái)就像是一個(gè)微型工廠。

 

    班德尤帕德亞伊稱(chēng)，微型分子電腦還可用于控制復(fù)雜裝配分子儀器的元件。今后的應(yīng)用可用于醫(yī)藥科學(xué)領(lǐng)域。他說(shuō)，“設(shè)想裝配這樣的分子儀器并植入血液中，或許能夠摧毀人體內(nèi)的瘤細(xì)胞。”

 

    日前，微型納米電腦所使用的非常鋒利的帶電傳導(dǎo)針是掃描隧道顯微鏡的附件，掃描隧道顯微鏡明顯比微型納分子要大許多，在微型納米電腦上使用這種帶電傳導(dǎo)針并不是理想首選。班德尤帕德亞伊希望未來(lái)使用分子代替帶電傳導(dǎo)針實(shí)現(xiàn)對(duì)微型納米電腦的控制。

 

    微型納米電腦需要在真空狀況下零下196攝氏度極寒冷的條件下制成，然而班德尤帕德亞伊聲稱(chēng)，該裝置卻能在室溫條件下正常工作。

 

    二維向三維的突破性升級(jí)

 

    班德尤帕德亞伊強(qiáng)調(diào)稱(chēng)，他們可以將微型納米電腦從二維16分子環(huán)狀結(jié)構(gòu)擴(kuò)展至三維1024分子球狀結(jié)構(gòu)。這意味著同時(shí)執(zhí)行1024個(gè)指令，一個(gè)信號(hào)可執(zhí)行4的1024次平個(gè)結(jié)果。其運(yùn)算速度也將大幅度提升。

 

    班德尤帕德亞伊和同事的這項(xiàng)研究成果發(fā)表在3月10日出版的《國(guó)家科學(xué)研究院學(xué)報(bào)》上。