1. Computadora superconductora
Cuanto mayor sea el nivel de integración del chip, más pequeña será la computadora, de modo que la velocidad de toda la máquina no se verá reducida debido a la transmisión de señales. . Pero esto hará que la máquina se caliente mucho. La solución al problema es desarrollar ordenadores superconductores.
Cuando fluye corriente a través de un superconductor, la resistencia es cero y el medio no se calienta. En 1962, el físico británico Josephson propuso el "efecto túnel superconductor", un dispositivo compuesto por un superconductor-aislante-superconductor (dispositivo Josephson). Cuando se aplica un voltaje a través de sus extremos, los electrones pasan a través del medio aislante sin obstáculos como un túnel, formando una pequeña corriente, y la caída de voltaje a través del dispositivo es casi cero. En comparación con los ordenadores semiconductores tradicionales, los ordenadores superconductores que utilizan dispositivos Josephson consumen sólo unas milésimas de energía, pero el tiempo necesario para ejecutar una instrucción es 100 veces más rápido.
En octubre de 1999, el Instituto de Investigación de Tecnología Superconductora de Japón cooperó con empresas para producir un chip de circuito integrado superconductor compuesto por 10.000 elementos Josephson. Se informa que el instituto planea producir este tipo de chip superconductor en 2003 y este tipo de computadora superconductora alrededor de 2010.
2. Nanocomputadora
A nanoescala, los chips microelectrónicos de silicio no pueden funcionar debido a efectos cuánticos. La razón es que el trabajo de este chip se basa en las propiedades generales de los materiales sólidos, es decir, la ley de los promedios estadísticos cuando en el trabajo participan una gran cantidad de electrones. Si los efectos cuánticos del movimiento finito de los electrones se explotan a nanoescala, se pueden superar las dificultades anteriores. La computación a nanoescala se puede lograr mediante diferentes principios. Actualmente se proponen cuatro mecanismos de trabajo: 1) tecnología de nanocomputación electrónica; 2) nanocomputadoras basadas en sustancias bioquímicas y ADN; 3) nanocomputadoras mecánicas; Podrían convertirse en la base de la futura tecnología de nanocomputadoras.
3. Computadora óptica
A diferencia de las computadoras tradicionales con chips de silicio, las computadoras ópticas utilizan haces de luz en lugar de electrones para el cálculo y el almacenamiento: se utilizan diferentes longitudes de onda de luz para representar diferentes datos, y una gran cantidad de lentes, prismas y espejos transmiten datos de un chip a otro. Ya a finales de la década de 1950, se propuso la idea de desarrollar computadoras ópticas. Del 65438 al 0986, David Miller de Bell Labs desarrolló con éxito un pequeño interruptor óptico, que proporcionó los componentes necesarios para que Allen Huang del mismo laboratorio desarrollara un procesador óptico. 1990 65438+Octubre, el laboratorio de Huang comenzó a funcionar íntegramente con computadoras. Las computadoras ópticas vienen en tipos totalmente ópticos y en tipos híbridos fotoeléctricos. El ordenador óptico de Bell Labs mencionado anteriormente utiliza una arquitectura híbrida. Por el contrario, las computadoras totalmente ópticas pueden alcanzar velocidades informáticas más altas. Para desarrollar una computadora óptica, es necesario desarrollar un "transistor" óptico que pueda usar un haz de luz para controlar el cambio de otro haz de luz. Los "transistores" ópticos existentes son tan grandes y difíciles de manejar que si se usaran para construir una computadora de escritorio, serían tan grandes como un automóvil. Por lo tanto, todavía es difícil poner en práctica las computadoras ópticas en poco tiempo.
4. Computadora de ADN
En 1994, 165438+Octubre, el Dr. Adleman de la Universidad del Sur de California utilizó secuencias de pares de bases de ADN como portador de información codificada y las utilizó en una prueba. tubo. La secuencia del par de bases del ADN reacciona bajo la acción de la enzima de control para implementar los cálculos de datos. Adleman publicó la teoría informática del ADN en la revista Science, que atrajo la atención de académicos de todo el mundo. Los cálculos informáticos de Adleman son diferentes a los de las computadoras tradicionales. Los cálculos ya no son simplemente sumas y restas de propiedades físicas, sino que también incluyen varios métodos de cortar, copiar, pegar, insertar y eliminar propiedades químicas.
La mayor ventaja del ordenador DNA es su sorprendente capacidad de almacenamiento y velocidad de cálculo: 1 centímetro cúbico de ADN almacena más información que un billón de discos ópticos, más de diez horas de cálculos de ADN equivalen a todos los ordenadores; cantidad total de computación desde sus inicios. Más importante aún, su consumo de energía es muy bajo, sólo una décima parte del de una computadora electrónica.
A diferencia de las computadoras tradicionales "visibles y tangibles", las computadoras de ADN actuales siguen siendo líquidos en tubos de ensayo. Todavía está lejos de su desarrollo y aplicación práctica, y todavía quedan muchos problemas técnicos prácticos que deben resolverse.
Por ejemplo, debido a la dificultad de las operaciones biológicas, a veces ligeras oscilaciones pueden romper el ADN; parte del ADN puede pegarse a las paredes y puntas de los tubos de ensayo, perdiendo así las predicciones en los cálculos. Se necesitarán otros 10 o 20 años para que las computadoras de ADN entren en la etapa práctica.
5. Computadora Cuántica
Las computadoras cuánticas utilizan átomos en estado cuántico como procesadores centrales y memorias, y utilizan las propiedades cuánticas de los átomos para procesar información. Dado que los átomos están en dos posiciones diferentes al mismo tiempo, es decir, los átomos en el qubit pueden representar 0 o 1, o un valor intermedio entre 0 y 1 y entre 0 y 1, en el almacenamiento y procesamiento de datos los Qubits son dos veces más potente que los transistores. A este respecto, alguien hizo una vez esta analogía: supongamos que un ratón quiere evitar a un gato. Según la física clásica, pasa por la izquierda o por la derecha, pero según la teoría cuántica, puede rodear el lado izquierdo y derecho del gato al mismo tiempo.
Un ordenador cuántico es muy diferente en apariencia porque no tiene una carcasa en forma de caja. Parece un enorme campo magnético rodeado de otra materia; no puede almacenar información a largo plazo utilizando un disco duro, sin embargo, la potencia informática eficiente hace que las computadoras cuánticas tengan amplias perspectivas de aplicación;
Hay muchas soluciones para lograr la computación cuántica, pero el problema es que es realmente difícil manipular estados cuánticos microscópicos en experimentos. Estas computadoras son extremadamente sensibles e incluso la perturbación más pequeña, como el paso de un rayo cósmico, puede cambiar la orientación de los átomos computacionales en la máquina, lo que lleva a resultados erróneos. Actualmente, las computadoras cuánticas sólo pueden realizar los cálculos más simples utilizando unos cinco átomos. Se deben utilizar millones de átomos para realizar cualquier trabajo significativo.
Materiales de referencia:
Alambre de vinilo de tambor lateral con ojos abiertos