Почему наномашины уже созданы, а нанокомпьютер еще нет?

Михаил Будыка

Миха­ил Буды­ка

В про­шлом номе­ре ТрВ-Нау­ка речь шла о вкла­де трех нобе­лев­ских лау­ре­а­тов это­го года по химии в созда­ние нано­ма­шин [1]. Срав­ни­тель­но лег­ко было объ­яс­нить суть дости­же­ний каж­до­го лау­ре­а­та, пото­му что вряд ли най­дет­ся чело­век, кото­рый не зна­ет, что авто­мо­биль — ездит, мотор — кру­тит­ся, чел­нок — сну­ет взад-впе­ред (пото­му и кос­ми­че­ский корабль, лета­ю­щий туда-сюда, назва­ли шатт­лом). Что дела­ет ком­пью­тер, тоже все зна­ют: гово­ря самы­ми общи­ми сло­ва­ми, обра­ба­ты­ва­ет инфор­ма­цию. А вот как он это дела­ет? И поче­му моле­ку­ляр­ные нано­ма­ши­ны уже есть, а моле­ку­ляр­ный нано­ком­пью­тер, о кото­ром, так же как и о нано­ма­ши­нах, «дис­ку­ти­ро­вал для заба­вы» боль­ше 50 лет назад Ричард Фей­н­ман, до сих пор еще не создан? Что­бы понять при­чи­ны это­го, напом­ним прин­ци­пы рабо­ты обыч­но­го ком­пью­те­ра.

Прак­ти­че­ски все совре­мен­ные ком­пью­те­ры исполь­зу­ют для обра­бот­ки инфор­ма­ции дво­ич­ную систе­му счис­ле­ния, опе­ри­ру­ю­щую толь­ко дву­мя циф­ра­ми — 0 и 1. Обра­бот­ка инфор­ма­ции про­ис­хо­дит с помо­щью полу­про­вод­ни­ко­вых логи­че­ских вен­ти­лей (ЛВ). На вход ЛВ пода­ет­ся сиг­нал, кото­рый может иметь толь­ко зна­че­ния 0 или 1. Выход­ной сиг­нал ЛВ тоже может при­ни­мать толь­ко зна­че­ния 0 или 1, а какое имен­но — зави­сит от типа вен­ти­ля.

Соот­но­ше­ние меж­ду вход­ны­ми и выход­ны­ми сиг­на­ла­ми опре­де­ля­ет­ся таб­ли­цей состо­я­ний (таб­ли­цей истин­но­сти), табл. 1. Основ­ные ЛВ — это инвер­тор «НЕ» (NOT), вен­тиль логи­че­ско­го умно­же­ния (конъ­юнк­ции) «И» (AND) и вен­тиль логи­че­ско­го сло­же­ния (дизъ­юнк­ции) «ИЛИ» (OR), с помо­щью этих ЛВ мож­но постро­ить любую логи­че­скую функ­цию. Оче­вид­но, что инвер­тор инвер­ти­ру­ет сиг­нал: если на вхо­де «0», то на выхо­де «1», и наобо­рот. Умно­же­ние в логи­че­ской алгеб­ре похо­же на обыч­ное — на выхо­де «1», толь­ко если на обо­их вхо­дах «1». А вот логи­че­ское сло­же­ние отли­ча­ет­ся от ариф­ме­ти­че­ско­го — на выхо­де «1», если хотя бы на одном вхо­де «1», т. е. логи­че­ская сум­ма двух еди­ниц дает так­же еди­ни­цу (в логи­ке это соот­вет­ству­ет пра­ви­лу: выска­зы­ва­ние истин­но, если истин­но хотя бы одно из его состав­ля­ю­щих). Нам еще при­го­дит­ся вен­тиль «ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ» (XOR), кото­рый на выхо­де дает «1», если на вхо­дах раз­ные сиг­на­лы («0» и «1»), а вот если на обо­их вхо­дах оди­на­ко­вые сиг­на­лы (оба «0» или «1»), то на выхо­де «0».

Таблица 1. Состояния логических вентилей

Таб­ли­ца 1. Состо­я­ния логи­че­ских вен­ти­лей

На мате­ри­аль­ном уровне полу­про­вод­ни­ко­вый ЛВ — это тран­зи­стор или несколь­ко тран­зи­сто­ров, соеди­нен­ных в цепь. Какое имен­но зна­че­ние име­ет сиг­нал, 0 или 1, опре­де­ля­ет­ся напря­же­ни­ем (потен­ци­а­лом) на кон­так­тах и поро­го­вым зна­че­ни­ем (ПЗ) потен­ци­а­ла, кото­рое уста­нав­ли­ва­ет­ся для каж­дой кон­крет­ной схе­мы. В поло­жи­тель­ной логи­ке, если потен­ци­ал ниже ПЗ, циф­ро­вой сиг­нал при­ни­ма­ет­ся рав­ным 0, если выше ПЗ, то 1. Пере­во­дя воль­ты в без­раз­мер­ные циф­ры, мы тем самым совер­ша­ем про­це­ду­ру пере­во­да ана­ло­го­во­го сиг­на­ла, име­ю­ще­го бес­ко­неч­ное чис­ло зна­че­ний, в циф­ро­вой сиг­нал, име­ю­щий толь­ко два зна­че­ния: 0 или 1.

Тран­зи­сто­ры быва­ют раз­но­го типа, но прин­цип их рабо­ты оди­на­ков — потен­ци­ал на выход­ном кон­так­те зави­сит от потен­ци­а­лов на двух вход­ных кон­так­тах (кото­рые выпол­ня­ют раз­ные функ­ции и назы­ва­ют­ся по-раз­но­му, но сей­час это не важ­но). Ток в метал­лах и полу­про­вод­ни­ках — это направ­лен­ное дви­же­ние элек­тро­нов (и даже когда услов­но гово­рят о «дыроч­ной» про­во­ди­мо­сти, реаль­но дви­га­ют­ся элек­тро­ны). Поток элек­тро­нов, пере­те­кая от одно­го кон­так­та тран­зи­сто­ра к дру­го­му, созда­ет необ­хо­ди­мый потен­ци­ал, кото­рый интер­пре­ти­ру­ет­ся в зави­си­мо­сти от вели­чи­ны как циф­ро­вой сиг­нал «0» или «1». Этот вывод нам пона­до­бит­ся даль­ше при срав­не­нии полу­про­вод­ни­ко­во­го и моле­ку­ляр­но­го ком­пью­те­ра.

Ком­пью­тер про­из­во­дит мате­ма­ти­че­ские рас­че­ты. Как это дела­ет­ся с помо­щью логи­че­ских вен­ти­лей? В каче­стве при­ме­ра рас­смот­рим про­стей­шую опе­ра­цию сло­же­ния, рис. 1.

Рис. 1. Сложение двух цифр в двоичной системе

Рис. 1. Сло­же­ние двух цифр в дво­ич­ной систе­ме

При сло­же­нии двух цифр у нас полу­ча­ют­ся так­же две циф­ры: циф­ра сум­ми­ро­ва­ния — млад­ший раз­ряд и циф­ра пере­но­са — стар­ший раз­ряд. (В при­выч­ной нам деся­тич­ной систе­ме счис­ле­ния такая ситу­а­ция воз­ни­ка­ет, когда мы скла­ды­ва­ем, напри­мер, 7 и 8 и полу­ча­ем 15, где еди­ни­ца при­над­ле­жит уже стар­ше­му раз­ря­ду — десят­кам). Теперь сопо­ста­вим сла­га­е­мые (рис. 1) с вход­ны­ми сиг­на­ла­ми ЛВ (табл. 1), а резуль­тат сло­же­ния — с выход­ным сиг­на­лом ЛВ. Сра­зу вид­но, что циф­ра пере­но­са в стар­ший раз­ряд соот­вет­ству­ет выход­но­му сиг­на­лу ЛВ AND, а циф­ра сум­ми­ро­ва­ния в теку­щем раз­ря­де — выход­но­му сиг­на­лу ЛВ XOR. Парал­лель­ное (одно­вре­мен­ное) функ­ци­о­ни­ро­ва­ние этих двух ЛВ дает полу­сум­ма­тор (бинар­ный сум­ма­тор). Поче­му «полу-»? Пото­му что полу­сум­ма­тор име­ет толь­ко два вхо­да и скла­ды­ва­ет толь­ко две циф­ры, а при сло­же­нии мно­го­знач­ных чисел воз­ни­ка­ет еще циф­ра пере­но­са от преды­ду­ще­го сло­же­ния. С уче­том этой циф­ры рабо­та­ет «пол­ный» сум­ма­тор (или про­сто сум­ма тор), для кото­ро­го она явля­ет­ся тре­тьим вход­ным сиг­на­лом, вдо­ба­вок к двум вход­ным сиг­на­лам для двух сла­га­е­мых.

В 1993 году сотруд­ник Коро­лев­ско­го уни­вер­си­те­та в Бел­фа­сте Ами­л­ра де Силь­ва (Amilra de Silva) и его кол­ле­ги впер­вые экс­пе­ри­мен­таль­но пока­за­ли, что моле­ку­ла может выпол­нять функ­цию логи­че­ско­го умно­же­ния AND [2]. Как они это сде­ла­ли?

Амилра де Сильва, Королевский университет в Белфасте. Фото: Twitter Queen’s University

Ами­л­ра де Силь­ва, Коро­лев­ский уни­вер­си­тет в Бел­фа­сте. Фото: Twitter Queen’s University

Я думаю, что даже самые дале­кие от химии чита­те­ли пом­нят из школь­но­го кур­са химии, что если к бес­цвет­но­му рас­тво­ру кис­ло­ты или щело­чи доба­вить инди­ка­тор, то рас­твор окра­сит­ся, а если инди­ка­тор люми­нес­цент­ный — то рас­твор к тому же еще нач­нет све­тить­ся при облу­че­нии све­том (так све­тят­ся новые дорож­ные зна­ки в лучах фар). Инди­ка­тор, реа­ги­ру­ю­щий на при­сут­ствие в рас­тво­ре иона метал­ла, назы­ва­ет­ся сен­со­ром. Де Силь­ва при­ду­мал сен­сор, реа­ги­ру­ю­щий на при­сут­ствие в рас­тво­ре ионов водо­ро­да (про­то­нов) и натрия, при­чем сен­сор начи­нал све­тить­ся, толь­ко если в рас­твор добав­ля­ли оба типа ионов. Теперь вслед за де Силь­вой посмот­рим на про­ис­хо­дя­щие при сли­ва­нии рас­тво­ров изме­не­ния сквозь приз­му логи­че­ской алгеб­ры.

Если мы ниче­го не добав­ля­ем в рас­твор — вход­ной сиг­нал «0»; если доба­ви­ли про­то­ны — это зна­чит, что мы пода­ли на пер­вый вход сиг­нал «1»; если доба­ви­ли ионы натрия — пода­ли на вто­рой вход сиг­нал «1». Если рас­твор не све­тит­ся — зна­чит, на выхо­де сиг­нал «0», а если све­тит­ся, то «1». Как вид­но из табл. 2, при такой интер­пре­та­ции совер­шен­ных дей­ствий и наблю­да­е­мых явле­ний мы с помо­щью моле­ку­лы-сен­со­ра совер­ши­ли опе­ра­цию логи­че­ско­го умно­же­ния AND — полу­чи­ли на выхо­де «1» толь­ко тогда, когда на обо­их вхо­дах было по еди­ни­це.

Таблица 2. Функционирование молекулярных логических вентилей

Таб­ли­ца 2. Функ­ци­о­ни­ро­ва­ние моле­ку­ляр­ных логи­че­ских вен­ти­лей

С тех пор иссле­до­ва­ны десят­ки соеди­не­ний, пока­за­но, что моле­ку­ляр­ные логи­че­ские вен­ти­ли (МЛВ) спо­соб­ны выпол­нять все про­стей­шие логи­че­ские опе­ра­ции, а так­же мате­ма­ти­че­ские опе­ра­ции сло­же­ния и вычи­та­ния, функ­ции коде­ра и деко­де­ра и т. п. [3]. Вход­ным сиг­на­лом для МЛВ может быть любое внеш­нее хими­че­ское или физи­че­ское воз­дей­ствие — добав­ле­ние реа­ген­тов, нагрев, облу­че­ние све­том и т. д. Глав­ное, что­бы под дей­стви­ем это­го сиг­на­ла моле­ку­ла изме­ня­ла струк­ту­ру, пере­хо­ди­ла из одно­го состо­я­ния в дру­гое и при этом про­ис­хо­ди­ли какие-то изме­не­ния свойств. Харак­тер этих изме­не­ний опре­де­ля­ет тип выход­но­го сиг­на­ла. Если пред­ста­вить МЛВ в виде «чер­но­го ящи­ка», то в общем виде прин­цип его функ­ци­о­ни­ро­ва­ния пока­зан на рис. 2.

Рис. 2. Блок-схема функционирования МЛВ

Рис. 2. Блок-схе­ма функ­ци­о­ни­ро­ва­ния МЛВ

Напри­мер, если при внеш­нем воз­дей­ствии выде­ля­ет­ся ион или моле­ку­ла — они и слу­жат выход­ным сиг­на­лом. Если меня­ет­ся цвет, то выход­ной сиг­нал счи­ты­ва­ет­ся по погло­ще­нию, если появ­ля­ет­ся (или исче­за­ет) спо­соб­ность излу­чать свет — по люми­нес­цен­ции. Для боль­шин­ства иссле­до­ван­ных МЛВ вход­ные сиг­на­лы име­ют хими­че­скую при­ро­ду, а выход­ные сиг­на­лы счи­ты­ва­ют по погло­ще­нию све­та.

Были обна­ру­же­ны уни­каль­ные свой­ства моле­ку­ляр­ных логи­че­ских вен­ти­лей: сов­ме­сти­мость или накла­ды­ва­е­мость (superposability) — когда одно­вре­мен­но выпол­ня­ет­ся несколь­ких логи­че­ских опе­ра­ций (реги­стри­ру­е­мых по раз­ным выход­ным сиг­на­лам), и пере­на­стра­и­ва­е­мость (reconfigurability) — когда мож­но один и тот же вен­тиль настро­ить на раз­ные логи­че­ские опе­ра­ции, изме­нив вход­ные и/​или выход­ные сиг­на­лы. В осно­ве этих свойств лежит спо­соб­ность моле­ку­лы, в отли­чие от полу­про­вод­ни­ко­во­го тран­зи­сто­ра, выда­вать сра­зу несколь­ко выход­ных сиг­на­лов.

Что­бы объ­яс­нить физи­че­скую сущ­ность этой спо­соб­но­сти, необ­хо­ди­мо сна­ча­ла рас­ска­зать о спек­тре погло­ще­ния (люми­нес­цен­ции). Тот, кто это зна­ет или кому это пока­жет­ся слож­ным или неин­те­рес­ным, может про­пу­стить сле­ду­ю­щие несколь­ко абза­цев и перей­ти сра­зу к отве­ту на заглав­ный вопрос.

Спектр погло­ще­ния (или люми­нес­цен­ции) харак­те­ри­зу­ет спо­соб­ность веще­ства погло­щать (или излу­чать) свет раз­ной дли­ны вол­ны. То, что свет име­ет мно­го­вол­но­вую при­ро­ду, пусть и неосо­знан­но, зна­ют все, кто видел раду­гу. Когда сол­неч­ные лучи, пре­лом­ля­ясь в мири­а­дах капе­лек дождя, как в мик­ро­приз­мах, дают все цве­та раду­ги — это и есть дока­за­тель­ство того фак­та, что белый свет — «слож­ный» свет, состо­я­щий из мно­же­ства «про­стых одно­цвет­ных све­тов». И всё мно­го­об­ра­зие кра­сок в при­ро­де мы наблю­да­ем бла­го­да­ря мно­го­вол­но­вой при­ро­де све­та, бла­го­да­ря тому, что веще­ства по-раз­но­му погло­ща­ют свет раз­но­го цве­та, т. е. раз­ной дли­ны вол­ны.

Коли­че­ствен­но зави­си­мость погло­ще­ния от дли­ны вол­ны выра­жа­ет­ся спек­тром погло­ще­ния (а ана­ло­гич­ная зави­си­мость для излу­че­ния — спек­тром люми­нес­цен­ции). Моле­ку­лы нико­гда не погло­ща­ют (и не излу­ча­ют) оди­на­ко­во свет раз­ных длин волн. Напри­мер, моле­ку­ла, спектр кото­рой пока­зан на рис. 3, хоро­шо погло­ща­ет на длине вол­ны А, но не погло­ща­ет на длине вол­ны Б. Если теперь мы уста­но­вим поро­го­вое зна­че­ние погло­ще­ния, пока­зан­ное крас­ной лини­ей на рис. 3, и, как выше сде­ла­но для тран­зи­сто­ров, пере­ве­дем ана­ло­го­вый сиг­нал — погло­ще­ние — в циф­ро­вой, то на длине вол­ны А мы полу­чим сиг­нал «1», а на длине вол­ны Б — одно­вре­мен­но! — сиг­нал «0». Этим моле­ку­ла отли­ча­ет­ся от полу­про­вод­ни­ко­во­го тран­зи­сто­ра, кото­рый или про­пус­ка­ет ток, или не про­пус­ка­ет, и поэто­му ЛВ на осно­ве тран­зи­сто­ра может иметь на выхо­де или «1», или «0», но не одно­вре­мен­но оба зна­че­ния.

Рис. 3. Пример спектра поглощения и перевод аналогового сигнала в цифровой

Рис. 3. При­мер спек­тра погло­ще­ния и пере­вод ана­ло­го­во­го сиг­на­ла в циф­ро­вой

С уче­том этих свойств МЛВ в нашей лабо­ра­то­рии орга­ни­че­ской и супра­мо­ле­ку­ляр­ной фото­хи­мии Инсти­ту­та про­блем хими­че­ской физи­ки РАН было раз­ра­бо­та­но и син­те­зи­ро­ва­но соеди­не­ние — бифо­то­хром­ная диа­да, кото­рая спо­соб­на выпол­нять функ­ции всех 16 воз­мож­ных двух­ад­рес­ных логи­че­ских вен­ти­лей, см. рис. 4 (спектр погло­ще­ния этой диа­ды исполь­зо­ван в каче­стве при­ме­ра на рис. 3).

Рис. 4. Бифотохромная диада, моделирующая действие всех 16 возможных двухадресных логических вентилей; приведены символьные изображения некоторых из них [4]

Рис. 4. Бифо­то­хром­ная диа­да, моде­ли­ру­ю­щая дей­ствие всех 16 воз­мож­ных двух­ад­рес­ных логи­че­ских вен­ти­лей; при­ве­де­ны сим­воль­ные изоб­ра­же­ния неко­то­рых из них [4]

Свой­ства сов­ме­сти­мо­сти и пере­на­стра­и­ва­е­мо­сти прин­ци­пи­аль­но недо­сти­жи­мы в исполь­зу­е­мых в насто­я­щее вре­мя полу­про­вод­ни­ко­вых эле­мен­тах, где для каж­дой логи­че­ской опе­ра­ции необ­хо­дим свой набор тран­зи­сто­ров. Фун­да­мен­таль­ной осно­вой этих свойств явля­ет­ся мно­го­об­ра­зие вход­ных и выход­ных сиг­на­лов МЛВ, в отли­чие от уни­фи­ци­ро­ван­но­го сиг­на­ла в полу­про­вод­ни­ко­вых вен­ти­лях. Но имен­но это пре­иму­ще­ство моле­ку­ляр­ных вен­ти­лей обо­ра­чи­ва­ет­ся их недо­стат­ком при попыт­ке соеди­не­ния вен­ти­лей в цепи, без кото­рых невоз­мож­но созда­ние ком­пью­те­ра.

В цепи из несколь­ких ЛВ выход­ной сиг­нал одно­го вен­ти­ля необ­хо­ди­мо подать на вход дру­го­го вен­ти­ля. Для это­го вход­ные и выход­ные сиг­на­лы ЛВ долж­ны быть одно­род­ны (гомо­ген­ны). Гомо­ген­ность сиг­на­лов в полу­про­вод­ни­ко­вых устрой­ствах дости­га­ет­ся авто­ма­ти­че­ски, посколь­ку и вход­ным, и выход­ным сиг­на­лом каж­до­го эле­мен­та цепи явля­ет­ся поток элек­тро­нов.

Теперь мы нако­нец можем отве­тить на вопрос: поче­му до сих пор не создан моле­ку­ляр­ный нано­ком­пью­тер? Пото­му что в боль­шин­стве изу­чен­ных МЛВ вход­ные и выход­ные сиг­на­лы него­мо­ген­ны (раз­но­род­ны), и это глав­ная про­бле­ма, воз­ни­ка­ю­щая на пути соеди­не­ния несколь­ких МЛВ, без чего созда­ние моле­ку­ляр­но­го ком­пью­те­ра невоз­мож­но.

Частич­но про­бле­ма него­мо­ген­но­сти сиг­на­лов реша­ет­ся за счет упо­мя­ну­то­го выше уни­каль­но­го свой­ства МЛВ — спо­соб­но­сти одной моле­ку­лы про­из­во­дить одно­вре­мен­но несколь­ко логи­че­ских опе­ра­ций. Поэто­му для МЛВ воз­мож­на прин­ци­пи­аль­но дру­гая архи­тек­ту­ра постро­е­ния цепей. На уровне неболь­ших вычис­ли­тель­ных бло­ков вме­сто того, что­бы соеди­нять несколь­ко ЛВ друг с дру­гом (после­до­ва­тель­ная инте­гра­ция), мож­но син­те­зи­ро­вать соеди­не­ние с необ­хо­ди­мым соче­та­ни­ем свойств, кото­рое будет про­из­во­дить задан­ную опе­ра­цию (парал­лель­ная инте­гра­ция). Имен­но так рабо­та­ют моле­ку­ляр­ные сум­ма­то­ры, вычи­та­те­ли, муль­ти­плек­со­ры и т. п.

Име­ет­ся два вари­ан­та реше­ния про­бле­мы него­мо­ген­но­сти сиг­на­лов. Пер­вый вари­ант исполь­зу­ет при­ро­да — это кон­вер­те­ры сиг­на­ла, кото­рые «пере­де­лы­ва­ют» выход­ной сиг­нал одно­го вен­ти­ля таким обра­зом, что­бы он был поня­тен дру­го­му. Этот вари­ант реа­ли­зу­ет наша есте­ствен­ная вычис­ли­тель­ная систе­ма — мозг.

Дру­гой вари­ант — раз­ра­бо­тать МЛВ с гомо­ген­ны­ми вход­ны­ми и выход­ны­ми сиг­на­ла­ми. Напри­мер, для неко­то­рых био-МЛВ, исполь­зу­ю­щих прин­цип ком­пле­мен­тар­но­сти азо­ти­стых осно­ва­ний нук­ле­и­но­вых кис­лот («ДНК-ком­пью­тер»), вход­ны­ми и выход­ны­ми сиг­на­ла­ми могут быть оли­го­нук­лео­ти­ды, что тео­ре­ти­че­ски поз­во­ля­ет сиг­нал с выхо­да одно­го МЛВ напра­вить на вход дру­го­го [5].

Еще один тип МЛВ, удо­вле­тво­ря­ю­щий тре­бо­ва­нию гомо­ген­но­сти сиг­на­лов, — пол­но­стью фотон­ные МЛВ, исполь­зу­ю­щие и на вхо­де, и на выхо­де кван­ты све­та [6]. Имен­но таким фотон­ным МЛВ явля­ет­ся рас­смот­рен­ная выше бифо­то­хром­ная диа­да, кото­рая пере­клю­ча­ет­ся из одно­го состо­я­ния в дру­гое за счет реак­ции фото­изо­ме­ри­за­ции двух фото­ак­тив­ных фраг­мен­тов, отме­чен­ных цвет­ны­ми ова­ла­ми на рис. 4.

Одна­ко при функ­ци­о­ни­ро­ва­нии фотон­ных МЛВ воз­ни­ка­ет ряд спе­ци­фи­че­ских про­блем, свя­зан­ных с самой при­ро­дой погло­ще­ния све­та и свой­ства­ми воз­буж­ден­ных состо­я­ний моле­кул (веро­ят­ност­ный харак­тер про­цес­сов, индук­тив­но-резо­нанс­ный пере­нос энер­гии, при­во­дя­щий к туше­нию актив­но­сти фото­хро­мов, дис­си­па­ция энер­гии, при­во­дя­щая к нагре­ву систе­мы, и т. д.). Эти про­бле­мы име­ют фун­да­мен­таль­ную осно­ву, и неко­то­рые из них прин­ци­пи­аль­но неустра­ни­мы, в то вре­мя как неже­ла­тель­ные послед­ствия дру­гих мож­но мини­ми­зи­ро­вать.

Нау­ка о МЛВ воз­ник­ла на сты­ке несколь­ких наук — химии, физи­ки, элек­тро­ни­ки, логи­че­ской алгеб­ры — и нахо­дит­ся сей­час на ста­дии фун­да­мен­таль­ных иссле­до­ва­ний. Но мож­но не сомне­вать­ся, что моле­ку­ляр­ный ком­пью­тер, рабо­та­ю­щий по тому или ино­му прин­ци­пу, будет создан. Про­сто ком­пью­тер — это более слож­ное устрой­ство, чем мотор или авто­мо­биль, он и на мак­ро­уровне воз­ник гораз­до поз­же. Тем пре­стиж­нее будет его сде­лать. Это вызов воз­мож­ным буду­щим лау­ре­а­там Нобе­лев­ской пре­мии за дизайн и син­тез моле­ку­ляр­но­го ком­пью­те­ра.

P. S. В науч­но-попу­ляр­ной ста­тье неко­то­рые вещи при­шлось заве­до­мо упро­стить. Заин­те­ре­со­ван­ный чита­тель все­гда может най­ти более стро­гие и пол­ные опре­де­ле­ния в науч­ных ста­тьях на эту тему или, что сей­час про­ще, в Интер­не­те, но в послед­нем слу­чае нуж­но, конеч­но, пом­нить, что не всё, что там пишут, соот­вет­ству­ет дей­стви­тель­но­сти.

Миха­ил Буды­ка,
докт
. хим. наук, про­фес­сор, зав. лабо­ра­то­ри­ей орга­ни­че­ской и супра­мо­ле­ку­ляр­ной фото­хи­мии Инсти­ту­та про­блем хими­че­ской физи­ки РАН

1. Буды­ка М. Физи­ки сде­ла­ли то, о чем дав­но меч­та­ли физи­ки /​/​ ТрВ-Нау­ка. № 215 от 18 октяб­ря 2016 года.

2. De Silva A. P., Gunaratne H. Q. N., McCoy C. P. A molecular photoionic AND gate based on fluorescent signaling /​/​ 1993. 364. Р. 42–44.

3. a) De Silva A.P., Uchiyama S. Molecular logic and computing /​/​ Nat. Nanotechnol. 2007. 2. P. 399–410; b) Szacilowski K. Digital Information Processing in Molecular Systems /​/​ Chem. Rev. 2008. 108. P. 3481–3548; c) Pischel U., Andreasson J., Gust D., Pais V. F. Information Processing with Molecules-Quo Vadis? /​/​ ChemPhysChem. 2013. 14. Р. 28–46.

4. Budyka M. F., Li V. M. Multifunctional Photonic Molecular Logic Gate Based On A Biphotochromic Dyad With Reduced Energy Transfer /​/​ 2016. doi: 10.1002/cphc.201600722.

5. a) Stojanovic M. N., Stefanovic D., Rudchenko S. Exercises in Molecular Computing /​/​ Acc. Chem. Res. 2014. 47. 1845–1852; b) Orbach R., Willner B., Willner I. Catalytic nucleic acids (DNAzymes) as functional units for logic gates and computing circuits: from basic principles to practical applications /​/​ Chem. Commun. 2015. 51. P. 4144–4160.

6. a) Буды­ка М. Ф. Фотон­ные моле­ку­ляр­ные логи­че­ские устрой­ства /​/​ Химия высо­ких энер­гий. 44. С. 154; b) Andréasson J., Pischel U. Storage and Processing of Information Using Molecules: The All-Photonic Approach with Simple and Multi-Photochromic Switches /​/​ Isr. J. Chem. 2013. 53. P. 236–246.

Если вы нашли ошиб­ку, пожа­луй­ста, выде­ли­те фраг­мент тек­ста и нажми­те Ctrl+Enter.

Связанные статьи

Оценить: 
Звёзд: 1Звёзд: 2Звёзд: 3Звёзд: 4Звёзд: 5 (1 оценок, среднее: 5,00 из 5)
Загрузка...
 
 

Метки: , , , , , , , , , , , , , , , , , , ,

 

3 комментария

  • Спа­си­бо, с инте­ре­сом про­чи­тал, но бро­си­лась в гла­за пара ляпов:

    - «Тран­зи­сто­ры быва­ют раз­но­го типа, но прин­цип их рабо­ты оди­на­ков — потен­ци­ал на выход­ном кон­так­те зави­сит от потен­ци­а­лов на двух вход­ных кон­так­тах … » – это ско­рее о логи­че­ских клю­чах (опе­чат­кa?). У тран­зи­сто­ра все­гда один (инфор­ма­ци­он­ный) вход и один выход.

    А дорож­ные зна­ки не све­тят­ся под луча­ми фар, а про­сто отра­жа­ют назад, в направ­ле­нии источ­ни­ка. Крас­ка наби­та мел­ки­ми стек­лян­ны­ми шари­ка­ми, игра­ю­щи­ми роль ретро­ре­флек­то­ров.

    • Ком­пью­тер на фото­нах вели­ко­ват по раз­ме­рам. Как дина вол­ны све­та отно­сит­ся к раз­ме­рам элек­тро­на.

  • Корнерот:

    Нано­комп?
    Дык вро­де у меня в кар­мане смарт­фон сде­лан­ный на тех­но­ло­гии 14 нано­мет­ров

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Недопустимы спам, оскорбления. Желательно подписываться реальным именем. Аватары - через gravatar.com