Создан процессор из органического молекулярного слоя

Умное распределение химических связей, их влияние на проводимость образца в разных точках и переключение состояний отдельных атомов вполне можно использовать как основу вычислительной системы.

Такой тезис экспериментально подтвердили учёные из Мичиганского технологического университета (Michigan Technological University), а также японских национальных институтов материаловедения (NIMS) и информационных и коммуникационных технологий (NICT). Они построили работоспособный прототип молекулярного компьютера с массовым параллелизмом.

Новая система способна одновременно менять и считывать состояние около 300 бит. По своему принципу, объясняют авторы новинки, такой процессор больше сходен не с суперкомпьютерами, содержащими множество чипов, а с мозгом, в котором гигантское число связей между миллиардами нейронов обеспечивают параллелизм, какой кремниевым монстрам и не снился.

Вверху: магнитно-резонансное изображение полушарий мозга, показывающих разные картины активности в зависимости от типа задачи. Внизу: картина изменяющихся состояний ячеек в мономолекулярном слое, по прихоти экспериментаторов подстраивающемся под вычисления разного характера. Визуальная аналогия не случайна (иллюстрация Anirban Bandyopadhyay).

В основе этого вычислительного устройства — молекула 2,3-дихлоро-5,6-дициано-1,4-бензохинона (DDQ) — её схема показана на рисунке под заголовком. Энное число DDQ учёные выложили в два мономолекулярных слоя на золотой подложке. Связанные между собой строго определённым образом, эти молекулы образовали логические переключатели, состоянием которых можно управлять.

Авторы убедились на опыте, что молекулярный слой может выполнять цифровые логические операции и что с его помощью можно вычислять диаграммы Вороного, моделировать диффузию тепла и рост раковой опухоли. (Детали — в статье в Nature Physics.) Кроме того, исследователи продемонстрировали, что слой DDQ умеет самозалечиваться после возникновения дефекта. На такой фокус ни один традиционный компьютер не способен, зато опять прослеживается аналогия с живым мозгом.

Слева: схема молекулярного процессора. Справа: цикл самозалечивания. Молекула DDQ удаляется из верхнего монослоя приложением избыточного напряжения к наконечнику туннельного микроскопа. Вскоре молекулы-соседки перераспределяются (что сопровождается их переходами через разные энергетические уровни), заполняют вакансию и вновь создают правильную по геометрии структуру (иллюстрации Anirban Bandyopadhyay et al./Nature Physics).

Источник: EurekAlert!