211service.com
Massivt parallell dator byggd av ett enda lager av molekyler
Moderna datorchips hanterar data med en häpnadsväckande hastighet på cirka 10^13 bitar per sekund. Neuroner, som jämförelse, avfyrar med en hastighet av cirka 100 gånger per sekund eller så. Och ändå överträffar hjärnan de bästa datorerna i många uppgifter.
En anledning till detta är hur beräkningar sker. I datorer sker beräkningar i strikta pipelines, en i taget.
I hjärnan sker dock många beräkningar på en gång. Varje neuron kommunicerar med upp till 1000 andra neuroner samtidigt. Och eftersom hjärnan består av miljarder neuroner är potentialen för parallell beräkning helt klart enorm.
Datavetare är väl medvetna om denna skillnad och har på många sätt försökt efterlikna hjärnans massivt parallella kapacitet. Men framgången har varit svår att uppnå.
Idag avslöjar Anirban Bandyopadhyay vid National Institute for Materials Science i Tsukuba, Japan, ett lovande nytt tillvägagångssätt. Kärnan i deras experiment är en ringliknande molekyl som kallas 2,3-diklor-5,6-dicyano-p-bensokinon, eller DDQ.
Detta har en ovanlig egenskap: det kan existera i fyra olika ledande tillstånd, beroende på var de fångade elektronerna finns runt ringen. Dessutom är det möjligt att växla molekylen från ett tillstånd till ett annat genom att zappa den med spänningar av olika styrkor med hjälp av spetsen på ett skanningstunnelmikroskop. Det är till och med möjligt att påverka de möjliga tillstånden som kan bildas genom att placera molekylen i ett elektriskt fält
Placera två DDQ-molekyler bredvid varandra och det är möjligt att få dem att ansluta. Faktum är att en enda DDQ-molekyl kan ansluta till mellan 2 och 6 grannar, beroende på dess ledande tillstånd och deras. När en molekyl ändrar sitt tillstånd, krusar förändringen i konfigurationen från en molekyl till nästa, och bildar och reformerar kretsar när den färdas.
Med tanke på allt detta är det inte svårt att föreställa sig hur ett lager av DDQ-molekyler kan fungera som en cellulär automat, med varje molekyl som en cell i automaten. Grovt sett bestäms reglerna för att vända celler från ett tillstånd till ett annat av förspänningen på molekylerna och starttillståndet programmeras av skanningstunnelmikroskopet.
Och det är precis vad de här killarna har gjort. De har lagt ner 300 DDQ-molekyler på ett guldsubstrat och satt upp dem som en cellulär automat. Ännu mer imponerande, de har sedan initierat systemet så att det beräknar hur värme diffunderar i ett ledande medium och hur cancer sprids genom vävnad.
Och eftersom hela lagret är inblandat i beräkningen, är detta en massivt parallell beräkning med ett enda lager av organiska molekyler.
Bandyopadhyay och co säger att nyckelfunktionen i denna typ av beräkning är det faktum att en DDQ-molekyl kan länka till många andra, snarare som neuroner i hjärnan. Generalisering av denna princip skulle ... öppna upp en ny vy av emergent computing med hjälp av en samling molekyler, säger de.
Helt klart ett spännande perspektiv.
Ref: arxiv.org/abs/1110.5844 : Massively Parallel Computing An An Organic Molecular Layer