Molekulare Hardware: Das Versprechen und die Herausforderungen

Hardware molecolare: la promessa e le sfide

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La corsa è andata avanti da quando sono apparsi i primi chip per computer in silicio. I produttori di hardware si sono costantemente alzati a vicenda nella frenesia per stipare quanti più transistor possibile in spazi sempre più piccoli. Nel 2014 Intel ha celebrato il rilascio di processori dotati di transistor circa 6.000 volte più piccolo del diametro di una singola ciocca di capelli. Tuttavia, questo è molto lontano dal sogno di realizzare la produzione di transistor a livello molecolare. Il 17 giugno 2016, un gruppo di ricercatori dell’Università di Pechino di Pechino potrebbe aver dimostrato che questo sogno potrebbe essere più vicino alla realtà di quanto pensiamo. Mentre la corsa per l’hardware più piccolo continua, possiamo anche immergerci in ciò che questo può significare per noi e quali sfide possono affrontare i produttori nel tentativo di trasformare in realtà la tecnologia a grandezza molecolare.

Il problema con la parola “Molecola”

Ogni volta che pensiamo a una molecola, pensiamo a qualcosa di straordinariamente piccolo, qualcosa di così piccolo che può essere osservato solo con apparecchiature altamente specializzate. Il problema è che, a differenza degli atomi, le molecole non sempre hanno dimensioni così microscopiche. Quando qualcuno mi dice di aver realizzato un transistor costituito da una singola molecola, la prima domanda che mi viene in mente è: “Di che tipo di molecola stiamo parlando?”

Una catena molecolare può essere enorme. Polimeri come il DNA all’interno di ogni cellula del tuo corpo possono misurare ovunque Da 1,5 a 3 metri quando è completamente disteso, e questa è solo una molecola. Di solito usiamo cose come le molecole d’acqua come punto di riferimento per le dimensioni, misurando a circa 0,275 nanometri di diametro se sei curioso. Nessuno di questi può comprendere correttamente una rappresentazione adeguata delle dimensioni dei transistor che i ricercatori dell’Università di Pechino hanno sviluppato.

Quello che sappiamo è che questi interruttori sono costruiti da elettrodi di grafene (una disposizione molecolare di carbonio dello spessore di un atomo) con gruppi di metilene tra di loro. Nessun media ci ha fornito un indizio corretto di quanto sarebbe grande un transistor di questo tipo, ma potrebbe essere una scommessa sicura che stiamo guardando qualcosa di più vicino a una molecola d’acqua (considerando quanto sono piccoli i gruppi di grafene e metilene) di un DNA molecola.

Le dimensioni non sono tutto

molecola hardware-grafene

Sebbene sia importante assicurarti di imballare il più possibile il pugno in una piccola quantità di spazio, ridurre le dimensioni dei transistor non è l’unica cosa che puoi fare. Oltre a realizzare un interruttore molecolare efficace che ha una durata di vita significativamente maggiore (un anno) rispetto ai suoi predecessori (poche ore), i ricercatori di Peking U. hanno anche ottenuto un altro passo avanti: l’interruttore può anche comunicare utilizzando fotoni anziché elettroni in movimento. I fotoni viaggiano molto più velocemente delle onde elettromagnetiche (fino a 100 volte più veloce), il che significa che saremmo in grado di stipare più transistor in spazi ridotti e dare a ciascuno di quei minuscoli bastardi un aumento di velocità del genere Gordon Moore avrebbe potuto solo e mai sognato.

Perché questo minuscolo hardware è impegnativo

Come per qualsiasi cosa di cui abbiamo a che fare a livello atomico o molecolare, le cose possono diventare molto instabili. Ad esempio, i campi elettromagnetici hanno una forte tendenza a far sì che le strutture atomiche dei metalli e di altri materiali conduttivi si spostino leggermente. Un tale cambiamento può essere interpretato come un segnale. Anche “grani” microscopici di materiale a livello atomico potrebbero far funzionare i transistor in modo improprio. I ricercatori di Pechino U. sono riusciti finora a creare un interruttore che potrebbe attivarsi e disattivarsi più di cento volte, con una durata di un anno. Anche se questo è un risultato meraviglioso così com’è, dubito che molte persone sarebbero entusiaste di avere un computer con la durata della vita di un criceto incline al cancro. La prima vera sfida consiste nell’isolare l’ambiente microelettronico in modo che possa funzionare per più di un decennio.

Anche se un interruttore molecolare praticabile e altamente durevole viene finalmente costruito da qualcuno, inserirlo in un processo di produzione semplificato rappresenta di per sé una sfida completamente nuova. Per il prossimo futuro, i circuiti integrati sono il metodo di riferimento per la comunicazione hardware interna. Far funzionare questo ingombrante sistema con interruttori molecolari è quasi impossibile. Per aggiungere la beffa al danno, misurare le cose all’interno dei minuscoli spazi tra le molecole (cosa che devi fare per leggere i dati memorizzati all’interno) richiede ambienti altamente specializzati che richiedono molta energia per essere mantenuti.

Il Takeaway

Lo sforzo di avere interruttori delle dimensioni di alcune delle più piccole molecole che l’umanità può manipolare è molto allettante e promette molte cose. Cioè, se i produttori riescono a superare ostacoli come la richiesta di temperature criogeniche per leggere i dati, eliminando il divario nella connettività tra molecole e circuiti elettromagnetici a livello di cavernicolo e in qualche modo mitigando la piccola durata di questa tecnologia quando messa alla prova nel mondo reale. Se riescono a superare questi ostacoli, allora sì, la tecnologia degli interruttori molecolari creerà sicuramente una rivoluzione che renderà completamente obsoleti gli attuali circuiti integrati e chip a base di silicio.

Quando pensi che saremo in grado di superare tutte queste sfide? Ditecelo in un commento!