Komputery przyszłości - czym zaskoczy nas technologia? (cz. 2)

W poprzedniej części artykułu omawialiśmy podstawowe przeszkody na drodze rozwoju osiągów klasycznych komputerów i przedstawiliśmy koncepcję działania układu bazującego na przedziwnej mechanice kwantowej. Teraz czas na przybliżenie alternatywnych dróg postępu technologicznego - czyli procesorów wykorzystujących genom oraz układów stworzonych ze zdumiewającego grafenu. Jak wpłynie to na komputery przyszłości

Komputery genetyczne

Genom, czyli DNA, jest obecny we wszystkich organizmach żywych. To niebywale pojemny nośnik, w którym zapisane są kluczowe informacje ich temat. No właśnie - informacje. Dlaczego by więc nie wykorzystać łańcuchów genomu do przechowywania danych, a nawet więcej: do przeprowadzania na nich operacji? Takie podejście przyjął Leonard Adleman dwadzieścia lat temu, kiedy zaproponował metodę rozwiązania tak zwanego Problemu Komiwojażera za pomocą nici DNA.

Problem Komiwojażera

Jest 7 miast, które są połączone 14 drogami. Jak można je wszystkie odwiedzić, nie przechodząc jednocześnie dwa razy przez to samo miasto?

Dlaczego wybrał akurat to zadanie matematyczne? Otóż człowiek potrafi je rozwiązać dosyć szybko, używając zdrowego rozsądku. Komputery zaś, nawet te najbardziej wydajne, dostają zadyszki. W poszukiwaniu alternatywnych do krzemu układów liczących możliwość rozwiązywania nieosiągalnych dotąd problemów to jeden z najważniejszych czynników. Okazało się, że DNA spełniło swoją rolę, choć cały proces był żmudny i trwał bardzo długo - ale praca Adlemana stanowiła dowód, że prowadzenie obliczeń na niciach genomu jest możliwe i powinno być rozwijane w przyszłości.

Istotą działania tej nowatorskiej metody są procesy biochemiczne, jakie zachodzą pomiędzy poszczególnymi nićmi genomu. Cztery wchodzące w skład DNA enzymy, oznaczane literami C, G, A i T, pozwalają na tworzenie milionów kombinacji. Co niesamowicie istotne, obliczenia prowadzone na DNA nie wymagają praktycznie żadnego źródła energii - to prawdziwe perpetuum mobile. Sporym krokiem w skonstruowaniu funkcjonalnego komputera “genetycznego” było powstanie dwóch maszyn - MAYA i MAYA II. To dzieła amerykańskich naukowców - procesory oparte na genomie, które potrafią… grać w kółko i krzyżyk.

Niestety, jedna partia z tym urządzeniem może trwać nawet kilka godzin - niemniej jest to duże osiągnięcie, dające nadzieję na rozwój technologii w przyszłości. Według wielu badaczy komputery tego typu mogą znaleźć zastosowanie w leczeniu rozmaitych chorób, w tym również i nowotworów. Mikroskopijne układy zbudowane z nici DNA mogłyby wnikać do krwiobiegu i samodzielnie oddziaływać we właściwych miejscach, podejmując decyzję o wpuszczeniu odpowiedniego leku. Łańcuchy DNA w przyszłości mogą stać się także niezwykle pojemnymi dyskami twardymi. Do tej pory naukowcom udało się skondensować 700 TB (terabajt = 1024 gigabajty) w gramie genomu. To oznacza, że dane, które przy użyciu klasycznych rozwiązań zajmowałyby 234 dyski twarde o pojemności 3 TB, przy użyciu DNA mieszczą się w… łyżeczce.

Komputery z grafenu

Wielką nadzieją na zapobiegnięcie zastojowi w rozwoju mocy obliczeniowych komputerów jest grafen. To materiał złożony z atomów węgla, który cechuje się niezwykle małą grubością, przez co uznaje się go za dwuwymiarowy. Istniał w opracowaniach teoretycznych, a dziesięć lat temu (w 2004) udało się go uzyskać. Obecnie w kwestii wytwarzania grafenu palmę pierwszeństwa dzierżą Polscy naukowcy - powstała nawet spółka Nano Carbon, która zajmuje się produkcją i sprzedażą tego niezwykłego materiału na dużą skalę. Materiał ten jest niemal idealnie przezroczysty, ponadto stanowi doskonały przewodnik ciepła oraz prądu.

Ta ostatnia cecha jest w kontekście rozwoju technologii komputerowej najważniejsza - obliczenia w procesorach są realizowane przy pomocy przepływów elektryczności. Grafen może zastąpić wysłużony krzem, którego możliwości zapewne w pewnej chwili się wyczerpią. Eksperymenty pokazały, że potrafi on wzmacniać płynący przezeń impuls, co jest kluczową informacją w kontekście przesyłania danych. Ten niezwykły materiał może znaleźć zastosowanie także w przemyśle, np. w obudowach różnych pojazdów, gdyż jest lekki i bardzo wytrzymały, a na dodatek plastyczny. Istnieje możliwość, że niedługo będziemy korzystać z grafenowych wyświetlaczach, używanych w takich urządzeniach jak komputery i telewizory. Wysokie przewodnictwo cieplne grafenu daje szanse na powstanie efektywnych baterii słonecznych, które mogą później wyprzeć tradycyjne źródła energii.

Zachęcamy do zapoznania się z kolejnymi częściami cyklu:

Komputery przyszłości (cz. 1)