นาโนคอมพิวเตอร์: ความหมายและความแตกต่างด้วยคอมพิวเตอร์ควอนตัม

เมื่อเทคโนโลยีก้าวหน้าและปรับปรุงมากขึ้น โมเมนตัมในการทำให้อุปกรณ์มีขนาดเล็กที่สุดก็เพิ่มขึ้น เราเห็นสิ่งนี้อยู่รอบตัวเรา ตั้งแต่วิวัฒนาการของซูเปอร์คอมพิวเตอร์ไปจนถึงไมโครพีซี โลกได้มุ่งเน้นไปที่การลดขนาดให้มากที่สุดโดยมีเป้าหมายเพื่อปรับปรุงความหนาแน่นและประสิทธิภาพ

นาโนคอมพิวเตอร์คืออะไร?

ตามชื่อที่แนะนำ nanocomputing หมายถึงกระบวนการคำนวณและอุปกรณ์ที่มีขนาดเล็กมาก (คำนำหน้า nano- หมายถึงเล็กมาก) โดยเฉพาะในยุคที่เราอาศัยอยู่ เป็นคำที่ใช้อธิบายการจัดการ การประมวลผล และการแสดงข้อมูลด้วยคอมพิวเตอร์ที่มีขนาดเล็กกว่าไมโครมิเตอร์ อุปกรณ์นาโนคอมพิวเตอร์ทำจากทรานซิสเตอร์เซมิคอนดักเตอร์ที่มีความยาวไม่เกิน 100 นาโนเมตร

มาวิเคราะห์กัน นาโนคอมพิวเตอร์สามารถแบ่งออกเป็นสองคำ: "นาโน" และ "คอมพิวเตอร์" คอมพิวเตอร์คือการใช้คอมพิวเตอร์ (ฮาร์ดแวร์และซอฟต์แวร์) เพื่อประมวลผลข้อมูลและดำเนินการตามขั้นตอนอัลกอริธึม นาโนมาจากคำว่านาโนเมตรในกรณีนี้ เช่นเดียวกับเซนติเมตรและเมตร นาโนเมตรเป็นหน่วยวัดความยาวและเป็นหนึ่งในพันล้านของเมตร

นาโนเมตรเล็กแค่ไหน?

การบอกว่านาโนเมตรเป็นหนึ่งพันล้านเมตรอาจเป็นนามธรรมเกินกว่าจะเข้าใจได้ถูกต้อง ลองยกตัวอย่างจากโลกในชีวิตประจำวันเพื่อนำหน่วยการวัดนี้เป็นมุมมอง:

• DNA ของมนุษย์เส้นหนึ่งมีเส้นผ่านศูนย์กลาง 2.5 นาโนเมตร
• กระดาษแผ่นหนึ่งมีความหนาประมาณ 100,000 นาโนเมตร
• มี 25,400,000 นาโนเมตรในหนึ่งนิ้ว
• หนึ่งนาโนเมตรนั้นยาวเท่ากับเล็บของคุณโตในหนึ่งวินาที
• อะตอมทองคำหนึ่งอะตอมมีเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณหนึ่งในสามของนาโนเมตร
• ในระดับเปรียบเทียบ หากเส้นผ่านศูนย์กลางของหินอ่อนเท่ากับหนึ่งนาโนเมตร เส้นผ่านศูนย์กลางของโลกจะเท่ากับหนึ่งเมตร
• เส้นผมของมนุษย์มีขนาดประมาณ 75 ไมครอนหรือเส้นผ่านศูนย์กลาง 75,000 นาโนเมตร

อย่างที่คุณเห็น เมื่อเราพูดถึงชิปที่สร้างด้วยทรานซิสเตอร์ 3 นาโนเมตร เรากำลังพูดถึงมาตราส่วนอะตอม

นาโนเทคโนโลยีและนาโนคอมพิวเตอร์

นาโนเทคโนโลยีคือการใช้สิ่งเล็กๆ น้อยๆ ในระดับอะตอมหรือระดับโมเลกุล เพื่อสร้างระบบ โครงสร้าง และอุปกรณ์ เกี่ยวข้องกับการศึกษา (วิทยาศาสตร์และวิศวกรรมศาสตร์) ของสสารที่มีขนาดตั้งแต่หนึ่งถึงหนึ่งร้อยนาโนเมตร

นาโนคอมพิวเตอร์เป็นคอมพิวเตอร์ที่มีวงจรขนาดเล็กมากจนสามารถมองเห็นได้ด้วยกล้องจุลทรรศน์เท่านั้น อุปกรณ์ปัจจุบันของเราทำจากเซมิคอนดักเตอร์ที่มีความยาวน้อยกว่าหนึ่งร้อยนาโนเมตร และนาโนคอมพิวเตอร์ทำงานจริงโดยการจัดเก็บข้อมูลในจุดควอนตัมหรือสปิน

เช่นเดียวกับคอมพิวเตอร์ส่วนใหญ่ นาโนคอมพิวเตอร์ทำมาจากชิป และความแตกต่างเพียงอย่างเดียวคือมันเล็กกว่าไมโครชิปที่เราคุ้นเคยมาก ชิปคอมพิวเตอร์ทำจากเซมิคอนดักเตอร์ที่เรียกว่าซิลิกอน อย่างที่คุณทราบดี

เมื่อเวลาผ่านไปหลายปีและการแสวงหาที่จะสร้างอุปกรณ์ที่มีขนาดเล็กลงยิ่งขึ้น ทรานซิสเตอร์ก็สะสมอยู่ในซิลิคอนมากขึ้นเรื่อยๆ โปรเซสเซอร์สมัยใหม่ประกอบด้วยทรานซิสเตอร์หลายพันล้านตัวที่เชื่อมต่อกันด้วยสายทองแดงชั้นดี ทรานซิสเตอร์แต่ละตัวทำหน้าที่เป็นสวิตช์เปิด-ปิด (หมายถึงตัวและศูนย์ของระบบไบนารีที่ใช้การทำงานของพีซี) การส่ง รับและประมวลผลข้อมูล และควบคุมกระแสไฟผ่านชิป

ข้อดีและข้อเสียของนาโนคอมพิวเตอร์คืออะไร?

ดังที่เราได้อธิบายไปแล้ว นาโนคอมพิวติ้งหมายถึงกระบวนการคำนวณที่ดำเนินการโดยอุปกรณ์ต่างๆ ที่ลดขนาดลงระหว่างสิบถึงหนึ่งร้อยขนาดลงเหลือน้อยกว่า 100 นาโนเมตร การลดลงนี้ช่วยเพิ่มฟังก์ชันการทำงานของวงจรได้มากถึง 10,000 เท่า และยังหมายความว่าพลังการประมวลผลของอุปกรณ์สามารถคูณได้มากถึงหนึ่งล้าน สิ่งนี้นำไปสู่การใช้พลังงานที่ลดลง ซึ่งเป็นเหตุผลที่เรากำลังพูดถึงประสิทธิภาพที่สูงขึ้นมาก

นาโนคอมพิวเตอร์ยังเร็วกว่าไมโครคอมพิวเตอร์อื่นๆ อย่างมาก และสามารถทำการคำนวณที่คนอื่นไม่สามารถทำได้ รอยเท้าขนาดเล็กของพวกเขาเป็นโบนัสเพิ่มเติม เนื่องจากสามารถรวมเข้ากับอุปกรณ์ที่เล็กกว่า เบากว่า และพกพาได้มากกว่า อีกทั้งยังมีภูมิคุ้มกันต่อเสียงและสิ่งรบกวนอื่นๆ

แม้ว่า nanocomputing จะมีข้อดีอยู่บ้าง แต่ก็ไม่ได้ไม่มีข้อเสีย อุปกรณ์การผลิตที่ทำงานบนพื้นฐานของนาโนเทคโนโลยีนั้นซับซ้อนและมีราคาแพงมาก เนื่องจากการลดขนาดของอุปกรณ์ให้อยู่ในระดับจุลภาคต้องใช้ระดับความรู้ด้านเทคนิคและประสบการณ์ที่สามารถทำได้ด้วยเงินลงทุนนับล้านเหรียญเท่านั้น

นาโนคอมพิวเตอร์ยังสามารถเป็นภัยคุกคามต่อเศรษฐกิจในปัจจุบัน การถือกำเนิดของนาโนเทคโนโลยี เช่นเดียวกับเทคโนโลยีใหม่อื่นๆ ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงอย่างมากในด้านเศรษฐกิจหลายด้าน ในตอนแรก นาโนคอมพิวเตอร์จะเป็นสินค้าฟุ่มเฟือยและมีราคาแพง แต่เมื่อเวลาผ่านไป นาโนคอมพิวเตอร์จะกลายเป็นที่นิยมและแพร่หลายมากขึ้น สิ่งนี้จะส่งผลกระทบอย่างมากต่อตลาด เนื่องจากเทคโนโลยีและบริษัทที่ไม่ปรับตัวจะถูกทิ้งไว้เบื้องหลัง ทำให้เกิดความสูญเสียทางเศรษฐกิจจำนวนมาก

ลักษณะทางจุลทรรศน์ของนาโนคอมพิวติ้งก็เป็นข้อเสียเช่นกัน เนื่องจากแทบจะตรวจไม่พบ ซึ่งหมายความว่านาโนคอมพิวเตอร์สามารถนำไปสู่การถือกำเนิดของอุปกรณ์บันทึกด้วยกล้องจุลทรรศน์ ซึ่งสามารถแอบบันทึกการละเมิดความเป็นส่วนตัวของผู้คนโดยไม่ต้องตรวจจับได้

คอมพิวเตอร์ควอนตัม

เช่นเดียวกับ DNA nanocomputing แทนที่จะใช้ชิปซิลิกอนแบบดั้งเดิมในการดำเนินการทางคอมพิวเตอร์ จะใช้ควอนตัมบิตหรือคิวบิต ควอนตัมบิตเป็นหน่วยพื้นฐานในการคำนวณควอนตัม เป็นเวอร์ชันทางเลือกของบิตคลาสสิก แต่แทนที่จะเก็บได้เฉพาะศูนย์และมีสถานะสี่สถานะ ศูนย์ หนึ่ง ศูนย์และหนึ่งรายการพร้อมกันหรือไม่มีเลย สอง.

การคำนวณด้วยควอนตัมเป็นกระบวนการหนึ่งที่กระบวนการคำนวณขึ้นอยู่กับหลักการของทฤษฎีควอนตัมอย่างมาก กล่าวคือ พฤติกรรมของพลังงานในระดับอะตอมและระดับย่อย ในขณะที่คอมพิวเตอร์แบบเดิมใช้ทั้งตัวและศูนย์ในการเข้ารหัสข้อมูล คอมพิวเตอร์ควอนตัมใช้ qubits ที่สามารถมีอยู่ได้ในหลายสถานะพร้อมกันตามที่เราได้อธิบายไว้ก่อนหน้านี้

นาโนคอมพิวติ้งไม่มีส่วนเกี่ยวข้องกับควอนตัมคอมพิวติ้ง และในขณะเดียวกันก็สามารถมีอิทธิพลอย่างมากต่อมันได้ เนื่องจากแน่นอนว่าความสามารถในการใช้โปรเซสเซอร์ขนาดจิ๋วสามารถเพิ่มประสิทธิภาพของการคำนวณควอนตัมได้อย่างมาก