211service.com
Massivt parallel computer bygget af enkeltlag af molekyler
Moderne computerchips håndterer data med en forbløffende hastighed på omkring 10^13 bits i sekundet. Neuroner til sammenligning affyrer med en hastighed på omkring 100 gange i sekundet eller deromkring. Og alligevel klarer hjernen sig bedre end de bedste computere i adskillige opgaver.
En grund til dette er måden, beregninger finder sted på. I computere sker beregninger i strenge pipelines, én ad gangen.
I hjernen foregår der dog mange beregninger på én gang. Hver neuron kommunikerer med op til 1000 andre neuroner på ethvert tidspunkt. Og da hjernen består af milliarder neuroner, er potentialet for parallelberegning klart enormt.
Dataloger er godt klar over denne forskel og har på mange måder forsøgt at efterligne hjernens massivt parallelle evner. Men det har været svært at opnå succes.
I dag afslører Anirban Bandyopadhyay ved National Institute for Materials Science i Tsukuba, Japan, en lovende ny tilgang. Kernen i deres eksperiment er et ringlignende molekyle kaldet 2,3-dichlor-5,6-dicyano-p-benzoquinon eller DDQ.
Dette har en usædvanlig egenskab: det kan eksistere i fire forskellige ledende tilstande, afhængigt af placeringen af fangede elektroner omkring ringen. Hvad mere er, er det muligt at skifte molekylet fra en tilstand til en anden ved at zappe den med spændinger af forskellige styrker ved hjælp af spidsen af et scanningstunnelmikroskop. Det er endda muligt at fordreje de mulige tilstande, der kan dannes ved at placere molekylet i et elektrisk felt
Placer to DDQ-molekyler ved siden af hinanden, og det er muligt at få dem til at forbinde. Faktisk kan et enkelt DDQ-molekyle forbindes med mellem 2 og 6 naboer, afhængigt af dets ledende tilstand og deres. Når et molekyle ændrer sin tilstand, bølger ændringen i konfigurationen fra det ene molekyle til det næste og danner og omdannes kredsløb, mens det bevæger sig.
I betragtning af alt dette er det ikke svært at forestille sig, hvordan et lag af DDQ-molekyler kan fungere som en cellulær automat, med hvert molekyle som en celle i automaten. Groft sagt er reglerne for at vende celler fra en tilstand til en anden fastsat af bias på molekylerne, og starttilstanden programmeres af scanningstunnelmikroskopet.
Og det er præcis, hvad disse fyre har gjort. De har nedlagt 300 DDQ-molekyler på et guldsubstrat, og sat dem op som en cellulær automat. Endnu mere imponerende har de initialiseret systemet, så det beregner, hvordan varme diffunderer i et ledende medium, og hvordan kræft spredes gennem væv.
Og da hele laget er involveret i beregningen, er dette en massivt parallel beregning ved hjælp af et enkelt lag af organiske molekyler.
Bandyopadhyay og co siger, at nøgletrækket ved denne type beregning er det faktum, at ét DDQ-molekyle kan linke til mange andre, ligesom neuroner i hjernen. Generalisering af dette princip ville ... åbne op for en ny udsigt over emergent computing ved hjælp af en samling af molekyler, siger de.
Klart et spændende perspektiv.
Ref: arxiv.org/abs/1110.5844 : Massively Parallel Computing An An Organic Molecular Layer