Molekulare Computer imitiert menschliche Gehirn

Ein superdünn Computer nur zwei Moleküle Dicke können komplexe Probleme lösen und etwas wie das menschliche Gehirn können weiterentwickelt werden, um zu verbessern und viele Operationen gleichzeitig durchführen.

Diese molekularen Prozessor auch selbst heilen kann, wenn ein Defekt vorliegt, hinzugefügt Forscher.

Moderne Computer arbeiten mit atemberaubenden Geschwindigkeiten, mehr als 10 Billionen Instruktionen pro Sekunde durchführen. Jedoch Operationen finden sie in der Regel in Folge, eine Sache zu einer Zeit.

Gehirnzellen oder Neuronen, Feuer "nur" 1.000 Mal pro Sekunde oder so, aber die Tatsache, die dass Millionen von ihnen gleichzeitig in arbeiten parallele Mittel Aufgaben effizienter als auch der schnellste Supercomputer abgeschlossen werden kann.

Die Verbindungen zwischen den Neuronen entwickeln sich auch im Laufe der Zeit immer stärker oder schwächer, wie das Gehirn funktioniert, der beste Weg, Probleme zu lösen. Auf diese Weise können solche Netzwerke im Laufe der Zeit lernen.

Eine molekulare computer

Jetzt hat ein internationales Forscherteam aus Japan und den Vereinigten Staaten ein Computer nur zwei Moleküle Dicke geschaffen, die diese Eigenschaften des menschlichen Gehirns zu einem gewissen Grad replizieren kann.

Der Baustein dieses Computers ist eine organische Verbindung bekannt als 2,3-dichloro-5,6-dicyano-p-benzoquinone oder DDQ kurz. Dieses Molekül kann grundsätzlich zwischen vier verschiedenen elektrisch leitenden Zuständen wechseln – denken Sie an einem Ring mit vier Speichen.

Die Wissenschaftler hinterlegt Moleküle von DDQ auf einer Fläche von Gold, die dann spontan in zwei zusammengebaut "layers", jeweils einem hexagonalen Raster von Molekülen.

Als nächstes nutzten die Forscher die elektrisch geladene Spitze ein Rastertunnelmikroskop individuell Moleküle in die oberste Schicht zu einem gewünschten Zustand setzen im Wesentlichen schreiben von Daten in das System. (Ein Rastertunnelmikroskop arbeitet etwas wie ein blinder Finger mit Braille-Schrift – Bewegung über eine Oberfläche die mikroskopische Unebenheiten und Täler zu erkennen.)

Jedes Molekül kann drahtlos mit seinen Nachbarn über ihre elektrischen Feldern interagieren. Diese Moleküle kontinuierlich Informationen in Form von Elektronen untereinander manchmal verursacht Moleküle um sie herum zu ändern Staaten ausgetauscht. Dies ist ähnlich wie Strom fließt über Drähte Transistoren in Mikrochips hin-und herwechseln um Daten als diejenigen oder Nullen codieren macht.

Die Ergebnisse waren Muster wie Linien, Dreiecke, Sechsecke und Rauten, wo jedes Molekül in einem bestimmten Zustand befindet.

Massiv parallel

Insgesamt interagieren mindestens 300 Moleküle im System wie einen massiv parallelen Computer jeweils wechselnden Zustände, wenn Daten ins System geschrieben werden. Die Muster oder "zelluläre Automaten", die unter die Moleküle Funktion ähnlich wie Schaltungen auf Chips, um den Stromfluss zu direkten führen. Der Unterschied ist, dass in diesem System die Muster im Laufe der Zeit entwickeln können, wie neue Daten eingegeben werden.

Auch kann wie das Gehirn, sondern im Gegensatz zu anderen bestehenden künstlichen Computern, dieses neue System sich selbst heilen weil die Moleküle, aus denen sich der Computer automatisch selbst zu reorganisieren.

"Das Gehirn-wie Informatik," sagte Forscher Ranjit Pati, ein Physiker an der Michigan Technological University.

Um die molekularen Computerleistung Sonde, verwendet es die Forscher erfolgreich zwei Naturphänomene simulieren: die Art und Weise Wärme diffundiert durch ein Material, und die Art und Weise Krebse wachsen in den Körper.

Im Prinzip könnte dieser neue Computer dienen auch als ein Mittel, um Probleme zu lösen, die herkömmliche Computern zu hart finden, anzugehen, "unlösbare Probleme, die innerhalb einer begrenzten Zeit beenden unmöglich angesehen werden" erklärt Forschungsleiter Anirban Bandyopadhyay, ein Physiker an das japanische National Institute for Materials Science in Tsukuba.

Hierzu gehören die Vorhersage des Verhaltens von Systemen mit vielen interagierender Organe — alles andere von Krankheitsausbrüchen, die Entwicklung von Galaxien, Michigans Pati sagte.

Eine wichtige Schwäche des Systems ist hängt wie scanning tunneling Microscopy, das ein langsamer Prozess ist. In Zukunft kann man mehrere Tipps verwenden, um gleichzeitig viele Moleküle gleichzeitig scannen können, Pati vorgeschlagen.

Da diese Moleküle in die Netze selbst zusammenbauen, skalieren sie bis zu einem größeren System wird kein Problem sein. Das Team nächste Ziel ist ein Computer mit 1.000 molekulare Schalter.

"Die Arbeit ist im Gange", sagte Bandyopadhyay.

Zukünftige Forschung auch Moleküle anwenden könnte, die auf mehr als vier Zustände, für komplexere Systeme gesetzt bekommen können, hinzugefügt Pati.

Die Wissenschaftler ihre Ergebnisse detailliert Online-April 25 in der Fachzeitschrift Nature Physics.

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