هل يمكن للجسيمات (الجزيئات)، التي يعتبر كل منها مكونًا حاسوبيًا في حد ذاته، أن تكون قادرة على تحقيق نمو أكبر في القدرة الحاسوبية في العقود الستة المقبلة؟
على مدى العقود الستة الماضية، أدى التصغير القياسي للترانزستورات إلى نمو غير مسبوق في القدرة الحاسوبية. ومن الممكن أن تحقق المعالجات الدقيقة، والتي يعد كل منها مكونًا حاسوبيًا في حد ذاته، نموًا أكبر في القدرة الحاسوبية على مدى العقود الستة المقبلة.
إن الحوسبة على المستوى الذري، حيث يتم تنفيذ عمليات الحوسبة في خلية واحدة أو باستخدام دوائر تحتوي على أسطح ذرية واحدة، تحمل وعداً هائلاً لصناعة الإلكترونيات الدقيقة. يتيح ذلك لأجهزة الكمبيوتر زيادة قدرتها الحاسوبية من خلال تطوير المكونات بأبعاد النانو والبيكومترية. من الناحية النظرية، يمكن للحوسبة الذرية أن توفر أجهزة كمبيوتر أقوى من أجهزة الكمبيوتر العملاقة الموجودة اليوم.
يقول كريستيان يواكيم من مركز تطوير المواد والدراسات الهيكلية (CEMES) في الجامعة الفرنسية: "إن الباحثين في مجال الحوسبة الذرية هم الآن في نفس النقطة التي كان فيها الباحثون في مجال الترانزستورات قبل عام 1947. ولا أحد يعرف إلى أين نتجه". المركز الوطني للبحث العلمي (CNRS) في تولوز، فرنسا.
"يقوم يواكيم، رئيس مجموعة علوم النانو والتكنولوجيا البيكو، بتنسيق فريق من الباحثين من خمسة عشر معهدًا بحثيًا صناعيًا وأكاديميًا في أوروبا، والذين أدى عملهم الرائد على البديل الجزيئي للترانزستورات إلى جعل رؤية الحوسبة الذرية خطوة أقرب إلى الواقع. إن جهودهم، وهي استمرار للعمل الذي بدأ في عام 1990، يتم تمويلها اليوم من قبل الاتحاد الأوروبي.
في المعالجات الدقيقة العادية - "محرك" أجهزة الكمبيوتر الحديثة - تعد الترانزستورات الوحدات الهيكلية الأساسية للدوائر الرقمية عن طريق إنشاء بوابات منطقية تعالج الإشارات "الخاطئة" (0) أو "الحقيقية" (1). لإنتاج بوابة منطقية واحدة، يلزم وجود عدة ترانزستورات، وتحتوي المعالجات الدقيقة الحديثة على مليارات منها، يبلغ حجم كل منها 100 نانومتر.
لقد استمر تصغير حجم الترانزستورات منذ أن توقع مؤسس شركة إنتل جوردون إي مور في عام 1965 أن العدد الذي يمكن وضعه على معالج واحد سوف يتضاعف تقريبًا كل عامين. ومع ذلك، ليس من المستحيل أن يأتي وقت ما ستحد فيه قوانين فيزياء الكم وتحد من أي إمكانية لمزيد من التقليل باستخدام الأساليب الموجودة اليوم. عند هذه النقطة، تبدأ أجهزة الكمبيوتر ذات المقياس الذري في العمل باستخدام طرق مختلفة تمامًا لحل هذا القيد.
"تقنية النانو هي القدرة على أخذ مكون مادي وتصغيره إلى أصغر حجم ممكن. ويشير الباحث إلى أنه نهج "من أعلى إلى أسفل". لقد قلب هو وفريقه البحثي هذا النهج رأسًا على عقب، بدءًا من الذرة المفردة المعزولة، وفهم ما إذا كان هذا الجزء الصغير من المادة يمكن أن يكون بوابة منطقية، أو مخزنًا للذاكرة، أو ما شابه ذلك. ويوضح قائلاً: "هذا نهج "من أسفل إلى أعلى"، أو كما نسميه، "من أسفل إلى أسفل" لأننا لسنا مهتمين بالوصول إلى حجم المادة نفسها".
ركزت مجموعة يواكيم على أخذ خلية واحدة وبناء مكونات حاسوبية فوقها، وكان هدفهم النهائي هو بناء بوابة منطقية في خلية واحدة.
كم عدد الذرات التي تحتاجها لبناء جهاز كمبيوتر؟
"السؤال الذي طرحناه على أنفسنا هو كم عدد الذرات التي نحتاجها لبناء جهاز كمبيوتر؟" يشرح يواكيم. "هذا شيء لا يمكننا الإجابة عليه الآن، لكننا نكتسب فهمًا أفضل له."
تمكن الفريق من بناء بوابة منطقية بسيطة مكونة من 30 ذرة قادرة على أداء المهمة المكافئة لأربعة عشر ترانزستورًا، مع استكشاف الهندسة المعمارية والتكنولوجيا والكيمياء المطلوبة لتحقيق مثل هذه القوة الحاسوبية في قالب واحد.
تركز المجموعة على بنيتين رئيسيتين: إحداهما تحاكي التصميم النموذجي للبوابة المنطقية، ولكن بطريقة ذرية، بما في ذلك العقد والدوائر والشبكات وما إلى ذلك، والثانية أكثر تعقيدًا - وهي عملية تعتمد على التغييرات في التكوين المعزول لتلقي مدخلات البوابة المنطقية وميكانيكا الكم لإجراء الحسابات بأنفسهم.
ترتبط البوابات المنطقية ببعضها البعض باستخدام مجهر المسح النفقي (STM) ومجهر القوة الذرية (AFM) - وهما جهازان بدقة جزء من مائة نانومتر قادران على قياس وتحريك الذرات الفردية. كمشروع جانبي، ينبع جزئيًا من المتعة الخالصة وجزئيًا من الاهتمام بتطوير طرق جديدة للبحث، استخدم الباحث وفريقه هذه الطريقة لبناء آلات نانوية مثل الحافات والتروس والمحركات والمركبات النانوية التي يحتوي كل منها على جسيم واحد.
يشرح يواكيم: "ضع بوابات منطقية فيها، وسيكون بمقدورها تحديد المكان الذي ستتحرك فيه"، مشيرًا إلى ما يمكن أن يكون أول تطبيق عالمي للروبوتات ذات النطاق الذري.
وقد أدت أهمية أبحاث هذه المجموعة إلى اعتراف واسع النطاق في المجتمع العلمي، على الرغم من أن يواكيم كان حذرا وأشار إلى أن هذا مجال بحث أساسي للغاية. سوف يستغرق الأمر بعض الوقت قبل أن تنتج التطبيقات التجارية عن هذا البحث. لكن لديهم الثقة الكاملة في هذا.
ويشير يواكيم إلى أن "الإلكترونيات الدقيقة تحتاج إلينا إذا استمر تصغير البوابات المنطقية - والمعالجات الدقيقة التي تتبعها".
تعليقات 8
رومي:
هناك فرق شاسع بين الادعاء بأن كل ما يمكن اختراعه قد تم اختراعه بالفعل، وبين الادعاء بأنه من المستحيل اختراع أي شيء يريد المرء اختراعه.
وبينما يبدو الادعاء الأول خاطئًا، فإن الثاني صحيح بالتأكيد!
أنت تحاول مهاجمة الادعاء الثاني باستخدام اقتباس خاطئ مثبت يدعم الأول.
هذه حجة باطلة.
هل تعتقد أنه سيكون هناك جهاز سيسمح لك بالوصول إلى الماضي ومنع ولادتك؟
السؤال (سؤال وليس حجة) هو ما إذا كان من الممكن أن نخترع أكبر قدر ممكن. يبدو أنك تدعي نعم، فمن أين تحصل عليه؟ هذا سؤال فيزيائي وليس سؤال هندسي.
ومن ناحية أخرى يمكن القول أن الطبيعة لا توفر المواد حسب متطلباتها، ولا يوجد موردون آخرون في القائمة...
نقطة واحدة، أريد أن أذكركم بالقصة الشهيرة عن مدير مكتب براءات الاختراع الأمريكي الذي أعلن أمام الكونجرس الأمريكي في بداية القرن أن البشرية قد اخترعت بالفعل كل ما يمكن اختراعه!!! وبما أنه كان مخطئًا، فإن حجتك أيضًا غير دقيقة - فليس هناك الكثير من الأشياء التي لا يمكن اختراعها.
فيما يتعلق بالاختراق في تقنيات الحوسبة الكمومية.
لدي سؤال مثير للاهتمام، هل يمكن القول أن هناك مثل هذا القانون التكنولوجي الذي يقول إن كل اختراق سيأتي في النهاية، أم لا، ومن ثم نضيع الوقت والأمل فقط (..) في محاولة خلق شيء مستحيل.
بيكو، لأن القنوات المعنية هي من رتبة الإلكترونات. (كل إلكترون يؤثر). أعتقد ذلك..
كما هو مكتوب في مقالة هيغز، فيما يتعلق بالأسلاك، يُستخدم اليوم AFM لإنشاء النانو أو الأسلاك.
ما لا أفهمه هو مفهوم التكنولوجيا البيكو: إذا كانت ذرة واحدة تنمو إلى حجم أنجستروم واحد (عُشر نانومتر)، فكيف يمكن إنشاء تكنولوجيا من مواد أصغر بمئة مرة من حجم ذرة صغيرة؟ ذرة؟ يمكن أن يكون المفهوم خطأ في الترجمة.
ومن ناحية أخرى، فأنا لا أفهم الابتكار العظيم في البوابة المنطقية المكونة من ثلاثين ذرة. بالفعل نتحدث اليوم عن ترانزستورات 45 نانومتر. أعتقد أن 30 ذرة تقريبًا بهذا الحجم وربما أكبر من ذلك.
إننا ننتظر ونتوقع طفرة حقيقية في الحوسبة الكمومية من شأنها أن تعزز التكنولوجيا الحديثة بدرجة كبيرة، كما حدث مع بداية استخدام الكهرباء في عصر الثورة التكنولوجية نهاية الألفية الماضية.
تحيات أصدقاء،
عامي بشار
لا يسبر غوره للفهم العملي.(كيف تقول؟ فوق وما بعد أو نانو من أسفل؟).
جميل لكن كيف تحل مشكلة الربط بين المكونات يجب أن تكون الأسلاك من نوع مختلف أيضا وإلا فلا فائدة من ذلك