Молекулярные устройства

Хранение бита информации в солитонной памяти определяется наличием или отсутствием солитона, а число хранимых битов зависит от скорости распространения солитона и длины сопряженного полимера (рис. 7.8). Сопряженный полимер связывает генератор солитонов (ГС) и электронный туннельный переключатель (ТП). Показана возможность накопления четырех битов информации. При одновременном прибытии положительного и отрицательного солитонов срабатывает туннельный переключатель. Солитонные устройства памяти не имеют высокого быстродействия, однако, отличаются высокой плотностью хранения информации. Оценки показывают, что если расстояние между солитонами составляет около 200 Å, а расстояние между центрами цепочек порядка 50 Å, то информационная емкость близка к 10¹⁸ бит/см³.

Рис. 7.8. Схема устройства памяти,

реализованная на солитонах

В устройствах памяти могут быть использованы и пленки Ленгмюра - Блоджетт. Каждая молекулярная система имеет свою частоту поглощения. Запись информации осуществляется избирательно в ансамбль молекул трехмерной молекулярной пленки с помощью лазерного излучения определенной частоты. Считывание информации осуществляется за счет обратных физических явлений. Использование свойств молекулярных структур позволяет создать трехмерные запоминающие устройства высокой информационной емкости.

Существуют различные идеи построения молекулярных компьютеров. Их микросборка, например, может быть осуществлена химическим осаждением из газовой фазы. Последо­вательность химических превращений при создании молекулярной вычислительной машины рассчитывается по заданному алгоритму.

В итоге к базовой молекуле добавляются все новые и новые звенья, формируются проводники, изоляторы, вентили, компоненты вычислительных устройств. Так, например, размер молекулярного вентиля может быть меньше одной сотой микрометра, а плотность сборки может достичь 10¹⁸ вентилей/см³.

Процессор и память гипотетического молекулярного компьютера занимают объем около 1 см² и монтируются на криостате, который предотвращает нагрев контактов и снижает химическую активность молекул. Для уменьшения количества межсоединений предусматривается использование оптических каналов для ввода - вывода информации. Обработка информационных массивов молекулярными системами имеет ряд особенностей, среди которых важнейшими являются:

- гигантский параллелизм переработки информации;

- высокая эффективность преобразования информации;

- значительная информационная сложность исходных операций;

- способность к изменчивости и эволюции молекулярных компонентов устройств переработки информации и эволюционному обучению (самообучению) устройств;

- динамические механизмы переработки информации, основанные на сложных нелинейных процессах.

Другим примерам высокой производительности может служить процессор, реализованный на пленках Ленгмюра - Блоджетт. На таких пленках можно создать молекулярные системы с высокой степенью параллелизма обработки информации и большой вычислительной мощностью.

В качестве примера приведем идею сложения двух образов, проецируемых на искусственную мембрану типа ленгмюровской пленки со встроенными молекулами фотоактивируемого фермента (динамические неоднородности). В этом случае выходной сигнал, представляющий собой концентрацию продукта ферменто-активной реакции, будет пропорционален сумме оптических сигналов на входе системы.

Оценки показывают, что при поверхности пленки около 1 см³ и при разрешающей способности 10 мкм число ячеек составит 10⁶. Каждая ячейка будет содержать 10⁴ - 10⁵ молекул фермента при 1 % заполнении поверхности. Если оценить время операции в одной ячейке даже 10^-2 с, то, учитывая высокую степень параллелизма обработки информации (порядка 10⁶), эффективное время одной операции составит 10^-8с. Другими словами, обработка больших информационных массивов методами ФЭ позволяет предельно распараллеливать информацию в процессе ее обработки. Современные компьютеры не имеют такой производительности при обработке больших массивов информации.

Поиск по сайту: