Nanocomputing: kunnen computers echt microscopisch zijn?

Naarmate de technologie verbetert, neemt de drive om apparaten zo klein mogelijk te maken toe. We zien dit overal om ons heen; van de evolutie van supercomputers tot microcomputers, de wereld draait om het zoveel mogelijk verkleinen.

Wat is nanocomputing?

Zoals de naam al aangeeft, verwijst nanocomputing naar computerprocessen en apparaten die erg klein zijn. Het is een term die wordt gebruikt om de manipulatie, verwerking en weergave van gegevens door computers kleiner dan een micrometer te beschrijven. Nanocomputerapparatuur is gemaakt van halfgeleidertransistors met een lengte van 100 nanometer en minder.

Laten we het opsplitsen. Nanocomputing kan worden onderverdeeld in twee woorden: "nano" en "computing". Computing is het gebruik van een computer (hardware of software) om gegevens te verwerken en algoritmische processen uit te voeren. Nano komt van het woord nanometer. Net als de centimeter en meter is de nanometer een maateenheid voor lengte, en is een miljardste van een meter.

Hoe klein is een nanometer?

Zeggen dat een nanometer een miljardste van een meter is, kan voor u heel abstract zijn om te begrijpen. Dus besloten we om het te relateren aan de dagelijkse wereld.

• Een streng menselijk DNA heeft een diameter van 2,5 nanometer
• Een vel papier is ongeveer 100.000 nanometer dik
• Er zijn 25.400.000 nanometer in één inch
• Eén nanometer is ongeveer net zo lang als je vingernagel in één seconde groeit
• Een enkel goudatoom heeft een diameter van ongeveer een derde nanometer
• Op vergelijkende schaal, als de diameter van een knikker één nanometer was, dan zou de diameter van de aarde ongeveer één meter zijn
• Een mensenhaar heeft een diameter van ongeveer 75 micron (afgekort 75 m) of 75.000 nm (nanometer)

Nanotechnologie en nanocomputers

Nanotechnologie is het gebruik van extreem kleine dingen zoals atomen en moleculen om systemen, structuren en apparaten te produceren. Het betreft de studie (wetenschap en techniek) van materie met afmetingen tussen één en honderd nanometer.

Een nanocomputer is een computer met hele kleine schakelingen die alleen met behulp van een microscoop te zien zijn. Onze huidige gadgets zijn gemaakt van halfgeleiders met een lengte van minder dan honderd nanometer. Nanocomputers werken door gegevens op te slaan in kwantumdots of spins.

Waar is een nanocomputer van gemaakt?

Net als de meeste computers zijn nanocomputers gemaakt van computerchips en het enige verschil is dat ze aanzienlijk kleiner zijn dan de microchips die je kent. Computerchips zijn gemaakt van een halfgeleider die silicium wordt genoemd.

Naarmate de jaren toenemen en de zoektocht naar nog kleinere apparaten groeit, worden steeds meer transistors in silicium gepropt. Moderne processors bevatten miljarden transistors die met elkaar zijn verbonden door fijne koperdraden. Elke transistor dient als een aan/uit-schakelaar, die informatie verzendt, ontvangt en verwerkt en de stroom door de chip regelt.

Verwant: Wat is een CPU en wat doet het?

Voordelen van nanocomputing

Nanocomputing betekent computerprocessen die worden uitgevoerd door apparaten die met tien of honderd eenheden worden verkleind tot ze minder dan honderd nanometer zijn. Deze schaalverkleining verhoogt de circuitfunctionaliteit exponentieel tot tienduizend keer.

Het betekent ook dat de rekenkracht van het apparaat een miljoen keer wordt vergroot. Dit leidt tot een lager stroomverbruik en een langere levensduur van de batterij. Het maken van kleinere dozen en ventilatoren om de circuits te koelen zou ook niet nodig zijn.

Nanocomputers zijn ook aanzienlijk sneller dan andere microcomputers en kunnen berekeningen uitvoeren die andere computers niet zouden kunnen. Hun kleinere formaat is ook een bijkomend voordeel omdat ze kleiner, lichter en gemakkelijk draagbaar worden. Ze zijn ook immuun voor lawaai en andere storingen.

Nadelen van nanocomputing

Hoewel nanocomputing veel voordelen met zich meebrengt, heeft het ook nadelen. Het maken van apparaten die werken op basis van nanotechnologie is erg duur en lastig. Het verkleinen van apparaten tot microscopisch kleine afmetingen vereist een technisch niveau en expertise dat alleen kan worden bereikt met grote bedragen.

Nanocomputing vormt ook een bedreiging voor de huidige economie. De komst van nanotechnologie veroorzaakt, net als veel andere nieuwe technologieën, een substantiële verandering op veel economische gebieden. In het begin zouden nanocomputers dure luxe en onbetaalbaar zijn, maar na verloop van tijd zouden ze populairder en gewoner worden. Dit zou grote gevolgen hebben voor de markt, omdat technologieën en bedrijven die zich niet aanpassen of verbeteren, failliet zouden gaan. En dat kan leiden tot banenverlies.

De microscopische aard van nanocomputers zou ook een nadeel zijn, omdat ze vrijwel niet detecteerbaar zijn. Nanocomputers kunnen ook worden omgevormd tot microscopische opnameapparaten en in het geheim de privacy van mensen registreren en schenden zonder enige detectie.

Toepassingen van nanocomputing

De voordelen van nanocomputing maken het bruikbaar in verschillende gebieden en processen. Snellere computerprocessen zorgen voor een grotere nauwkeurigheid bij het ontwikkelen van machine learning en kunstmatige intelligentie, het voorspellen van weerpatronen en het herkennen van complexe figuren in afbeeldingen.

De twee belangrijkste toepassingen van nanocomputing die we op dit moment hebben, zijn DNA-nanocomputing en quantumcomputing.

DNA-nanocomputing

Nanocomputing omvat het gebruik van structuren op nanoschaal om computerprocessen te maken. Structuren op nanoschaal zoals eiwit en DNA (deoxyribonucleïnezuur) kunnen worden gebruikt om nanocomputers te produceren.

DNA-computing omvat het gebruik van DNA, moleculaire biologie hardware en biochemie om computerprocessen uit te voeren in plaats van het traditionele elektronische computergebruik dat gebruik maakt van siliciumchips. Informatie in DNA wordt weergegeven met behulp van een genetisch alfabet van vier tekens (A [adenine], G [guanine], C [cytosine] en T [thymine]), in plaats van de binaire getallen (1 en 0) die worden gebruikt door traditionele elektronische computers.

Wanneer toegepast op afzonderlijke en niet-sequentiële taken, is de DNA-nanocomputer beter dan de traditionele elektronische computer omdat deze een grotere hoeveelheid gegevens in het geheugen kan opslaan en meerdere bewerkingen kan uitvoeren op een keer. DNA-nanocomputers zijn aanzienlijk sneller dan hun elektronische tegenhangers.

DNA-nanocomputing wordt toegepast in de geneeskunde om de medicijnafgifte in de bloedbaan te regelen en antilichamen in het immuunsysteem van een persoon te detecteren.

Kwantumcomputers

Net als bij DNA-nanocomputing worden kwantumbits of qubits gebruikt in plaats van traditionele siliciumchips te gebruiken om computerprocessen uit te voeren. Een kwantumbit (qubit) is een basiseenheid van kwantuminformatie. Het is de kwantumversie van het klassieke bit, maar het kan grotere informatie opslaan dan een bit.

Quantum computing is er een waarbij de computerprocessen grotendeels afhangen van de principes van de kwantumtheorie, d.w.z. het gedrag van energie op atomaire en subatomaire niveaus. Terwijl computers enen en nullen gebruiken om informatie te coderen, gebruikt quantum computing qubits die in meer dan één toestand (als 1 en als 0) tegelijk kunnen voorkomen.

Quantumcomputers zijn uitzonderlijk sneller dan de traditionele computer. Quantum computing kan worden gebruikt om machine learning te verbeteren, de respons op medicijnen te simuleren, transportlogistiek en financiële modellen te verbeteren en grote hoeveelheden gegevens met hoge snelheden te verwerken.

Nanocomputing en de toekomst

Nanocomputing is een tak van nanotechnologie waarbij computersystemen en -structuren worden teruggebracht tot enkele nanometers. Hoewel het enkele decennia kan duren voordat radicale nanocomputingtechnologie commercieel haalbaar wordt, zal nanocomputing een revolutie teweegbrengen in de manier waarop computers werken en worden gebouwd.

Wat betekent het recente chiptekort voor de Smart Home-industrie?

We gaan nader bekijken hoe het recente tekort de groeiende smart home-industrie kan beïnvloeden.

Lees volgende

Over de auteur