Nanocomputing: i computer possono davvero essere microscopici?

Man mano che la tecnologia migliora, aumenta anche la spinta a rendere i dispositivi il più piccoli possibile. Lo vediamo intorno a noi; dall'evoluzione dei supercomputer ai microcomputer, il mondo ha cercato di ridimensionarsi il più possibile.

Che cos'è il nanocomputer?

Come suggerisce il nome, il nanocomputing si riferisce a processi e dispositivi informatici che sono davvero piccoli. È un termine usato per descrivere la manipolazione, l'elaborazione e la rappresentazione dei dati da parte di computer più piccoli di un micrometro. I dispositivi di nanocalcolo sono costituiti da transistor a semiconduttore di lunghezza pari o inferiore a 100 nanometri.

Rompiamolo. Il nanocomputing può essere suddiviso in due parole: "nano" e "computing". L'informatica è l'uso di un computer (hardware o software) per elaborare dati ed eseguire processi algoritmici. Nano deriva dalla parola nanometro. Proprio come il centimetro e il metro, il nanometro è un'unità di misura della lunghezza ed è un miliardesimo di metro.

Quanto è piccolo un nanometro?

Dire che un nanometro è un miliardesimo di metro potrebbe essere molto astratto da afferrare. Quindi, abbiamo deciso di metterlo in relazione con il mondo di tutti i giorni.

• Un filamento di DNA umano ha un diametro di 2,5 nanometri
• Un foglio di carta è spesso circa 100.000 nanometri
• Ci sono 25.400.000 nanometri in un pollice
• Un nanometro è lungo quanto la tua unghia cresce in un secondo
• Un singolo atomo d'oro ha un diametro di circa un terzo di nanometro
• In una scala comparativa, se il diametro di un marmo fosse di un nanometro, il diametro della Terra sarebbe di circa un metro
• Un capello umano ha un diametro di circa 75 micron (abbreviato 75 μm) o 75.000 nm (nanometri)

Nanotecnologie e nanocomputer

La nanotecnologia è l'uso di cose estremamente piccole come atomi e molecole per produrre sistemi, strutture e dispositivi. Implica lo studio (scienza e ingegneria) della materia con dimensioni comprese tra uno e cento nanometri.

Un nanocomputer è un computer con circuiti molto piccoli che possono essere visti solo con l'aiuto di un microscopio. I nostri gadget attuali sono fatti di semiconduttori di lunghezza inferiore a cento nanometri. I nanocomputer funzionano memorizzando i dati in punti quantici o spin.

Di cosa è fatto un nanocomputer?

Come la maggior parte dei computer, i nanocomputer sono fatti di chip e l'unica differenza è che sono considerevolmente più piccoli dei microchip che conosci. I chip dei computer sono costituiti da un semiconduttore chiamato silicio.

Con l'aumentare degli anni e la ricerca di creare dispositivi ancora più piccoli, sempre più transistor vengono stipati nel silicio. I processori moderni contengono miliardi di transistor interconnessi da sottili fili di rame. Ogni transistor funge da interruttore on/off, inviando, ricevendo ed elaborando informazioni e controllando la corrente attraverso il chip.

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Vantaggi del nanocomputing

Nanocomputing significa processi di calcolo eseguiti da dispositivi ridimensionati di dieci o cento unità fino a raggiungere meno di cento nanometri. Questo ridimensionamento aumenta esponenzialmente la funzionalità del circuito fino a diecimila volte.

Significa anche che la potenza di calcolo del dispositivo è aumentata di un milione di volte. Ciò comporta un consumo energetico ridotto e una maggiore durata della batteria. Inoltre, non sarebbe necessario realizzare scatole e ventole più piccole per raffreddare i circuiti.

I nanocomputer sono anche significativamente più veloci di altri microcomputer e sono in grado di eseguire calcoli che altri computer non sarebbero in grado di fare. La loro dimensione ridotta è anche un ulteriore vantaggio in quanto diventano più piccoli, più leggeri e facilmente trasportabili. Sono inoltre immuni al rumore e ad altri disturbi.

Svantaggi del nanocomputing

Anche se il nanocomputing ha molti vantaggi, ha anche i suoi svantaggi. Realizzare dispositivi che funzionino sulla base della nanotecnologia è molto costoso e difficile. Ridimensionare i dispositivi a dimensioni microscopiche richiede un livello di tecnicità e competenza che può essere raggiunto solo con grandi quantità di fondi.

Il nanocomputing rappresenta anche una minaccia per l'economia attuale. L'avvento delle nanotecnologie, come molte altre nuove tecnologie, provoca un cambiamento sostanziale in molti settori economici. All'inizio i nanocomputer sarebbero stati un lusso costoso e inaccessibili, ma nel tempo sarebbero diventati più popolari e comuni. Ciò avrebbe un forte impatto sul mercato perché le tecnologie e le aziende che non si adattano o migliorano fallirebbero. E questo potrebbe portare alla perdita di posti di lavoro.

La natura microscopica dei nanocomputer sarebbe anche uno svantaggio in quanto sono praticamente non rilevabili. I nanocomputer possono anche essere trasformati in dispositivi di registrazione microscopici e registrare segretamente e violare la privacy delle persone senza alcun rilevamento.

Applicazioni del nanocomputer

I vantaggi del nanocomputing lo rendono utile in diversi campi e processi. Processi di elaborazione più veloci forniscono un maggiore livello di precisione nello sviluppo di machine learning e intelligenza artificiale, prevedendo i modelli meteorologici e riconoscendo figure complesse nelle immagini.

Le due principali applicazioni del nanocomputing che abbiamo in questo momento sono il nanocomputing del DNA e il quantum computing.

Nanocalcolo del DNA

Il nanocomputing implica l'utilizzo di strutture su nanoscala per realizzare processi informatici. Strutture su nanoscala come proteine ​​e DNA (acido desossiribonucleico) possono essere utilizzate per produrre nanocomputer.

Il calcolo del DNA implica l'utilizzo di DNA, hardware di biologia molecolare e biochimica per eseguire processi di calcolo invece del tradizionale calcolo elettronico che fa uso di chip di silicio. Le informazioni nel DNA sono rappresentate utilizzando un alfabeto genetico di quattro caratteri (A [adenina], G [guanina], C [citosina], e T [timina]), invece dei numeri binari (1 e 0) utilizzati dall'elettronica tradizionale computer.

Quando applicato a compiti separati e non sequenziali, il nanocomputer DNA è migliore del tradizionale computer elettronico in quanto può immagazzinare una maggiore quantità di dati in memoria ed eseguire più operazioni a una volta. I nanocomputer a DNA sono considerevolmente più veloci delle loro controparti elettroniche.

Il nanocalcolo del DNA viene applicato in medicina per controllare la somministrazione di farmaci nel flusso sanguigno e rilevare gli anticorpi nel sistema immunitario di una persona.

Informatica quantistica

Come il nanocomputing del DNA, invece di utilizzare i tradizionali chip di silicio per eseguire processi di calcolo, vengono utilizzati bit quantistici o qubit. Un bit quantistico (qubit) è un'unità di base dell'informazione quantistica. È la versione quantistica del bit classico ma può memorizzare informazioni più grandi di un bit.

Il calcolo quantistico è quello in cui i processi di calcolo dipendono in gran parte dai principi della teoria quantistica, ovvero il comportamento dell'energia a livello atomico e subatomico. Mentre i computer usano 1 e 0 per codificare le informazioni, il calcolo quantistico utilizza qubit che possono esistere in più di uno stato (come 1 e come 0) alla volta.

Computer quantistici sono eccezionalmente più veloci del computer tradizionale. Il calcolo quantistico può essere utilizzato per migliorare l'apprendimento automatico, simulare la risposta ai farmaci, migliorare la logistica dei trasporti e i modelli finanziari ed elaborare grandi quantità di dati ad alta velocità.

Nanocomputing e il futuro

Il nanocomputing è una branca della nanotecnologia che implica la riduzione di sistemi e strutture di calcolo a pochi nanometri. Anche se potrebbero volerci alcuni decenni prima che la tecnologia del nanocomputing radicale diventi commercialmente realizzabile, il nanocomputing rivoluzionerà il modo in cui i computer funzionano e sono costruiti.

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