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Computer massivamente parallelo costruito da un singolo strato di molecole
I moderni chip per computer gestiscono i dati alla velocità strabiliante di circa 10^13 bit al secondo. I neuroni, in confronto, si attivano a una velocità di circa 100 volte al secondo circa. Eppure il cervello supera i migliori computer in numerosi compiti.
Uno dei motivi è il modo in cui avvengono i calcoli. Nei computer, i calcoli vengono eseguiti in condutture rigorose, uno alla volta.
Nel cervello, tuttavia, molti calcoli avvengono contemporaneamente. Ciascun neurone comunica contemporaneamente con un massimo di 1000 altri neuroni. E poiché il cervello è composto da miliardi di neuroni, il potenziale per il calcolo parallelo è chiaramente enorme.
Gli informatici sono ben consapevoli di questa differenza e hanno cercato in molti modi di imitare le capacità parallele del cervello. Ma il successo è stato difficile da ottenere.
Oggi, Anirban Bandyopadhyay del National Institute for Materials Science di Tsukuba, in Giappone, svela un nuovo approccio promettente. Al centro del loro esperimento c'è una molecola simile ad un anello chiamata 2,3-dicloro-5,6-diciano-p-benzochinone o DDQ.
Questo ha una proprietà insolita: può esistere in quattro diversi stati di conduzione, a seconda della posizione degli elettroni intrappolati attorno all'anello. Inoltre, è possibile far passare la molecola da uno stato all'altro facendolo zapping con voltaggi di varia intensità utilizzando la punta di un microscopio a scansione a effetto tunnel. È anche possibile polarizzare i possibili stati che possono formarsi ponendo la molecola in un campo elettrico
Metti due molecole DDQ una accanto all'altra ed è possibile farle connettere. Infatti, una singola molecola DDQ può connettersi con da 2 a 6 vicini, a seconda del suo stato di conduzione e del loro. Quando una molecola cambia il suo stato, il cambiamento di configurazione si propaga da una molecola all'altra, formando e riformando circuiti mentre viaggia.
Considerato tutto questo, non è difficile immaginare come uno strato di molecole DDQ possa agire come un automa cellulare, con ogni molecola come una cellula nell'automa. In parole povere, le regole per capovolgere le cellule da uno stato all'altro sono stabilite dal bias sulle molecole e lo stato iniziale è programmato dal microscopio a effetto tunnel.
Ed è esattamente quello che hanno fatto questi ragazzi. Hanno depositato 300 molecole DDQ su un substrato d'oro, configurandole come un automa cellulare. Ancora più impressionante, hanno quindi inizializzato il sistema in modo che calcoli il modo in cui il calore si diffonde in un mezzo conduttore e il modo in cui il cancro si diffonde attraverso i tessuti.
E poiché l'intero strato è coinvolto nel calcolo, questo è un calcolo massicciamente parallelo che utilizza un singolo strato di molecole organiche.
Bandyopadhyay e colleghi affermano che la caratteristica chiave di questo tipo di calcolo è il fatto che una molecola DDQ può collegarsi a molte altre, un po' come i neuroni nel cervello. La generalizzazione di questo principio... aprirebbe una nuova prospettiva di elaborazione emergente utilizzando un assemblaggio di molecole, dicono.
Chiaramente una prospettiva intrigante.
Rif: arxiv.org/abs/1110.5844 : Calcolo massicciamente parallelo di uno strato molecolare organico