Nanocomputação: os computadores podem realmente ser microscópicos?

À medida que a tecnologia melhora, também aumenta o desejo de tornar os dispositivos os menores possíveis. Vemos isso ao nosso redor; da evolução dos supercomputadores aos microcomputadores, o mundo tem se reduzido ao máximo.

O que é nanocomputação?

Como o nome indica, nanocomputação se refere a processos e dispositivos de computação que são realmente pequenos. É um termo usado para descrever a manipulação, processamento e representação de dados por computadores menores que um micrômetro. Os dispositivos de nanocomputação são feitos de transistores semicondutores de 100 nanômetros e menos de comprimento.

Vamos decompô-lo. A nanocomputação pode ser dividida em duas palavras: "nano" e "computação". Computação é o uso de um computador (hardware ou software) para processar dados e realizar processos algorítmicos. Nano vem da palavra nanômetro. Assim como o centímetro e o metro, o nanômetro é uma unidade de medida de comprimento e tem um bilionésimo de metro.

Quão pequeno é um nanômetro?

Dizer que um nanômetro é um bilionésimo de um metro pode ser muito abstrato para você entender. Então, decidimos relacioná-lo com o mundo cotidiano.

• Uma fita de DNA humano tem 2,5 nanômetros de diâmetro
• Uma folha de papel tem cerca de 100.000 nanômetros de espessura
• Existem 25.400.000 nanômetros em uma polegada
• Um nanômetro é quase o tempo que sua unha cresce em um segundo
• Um único átomo de ouro tem cerca de um terço de nanômetro de diâmetro
• Em uma escala comparativa, se o diâmetro de uma bola de gude fosse de um nanômetro, o diâmetro da Terra seria de cerca de um metro
• Um cabelo humano tem cerca de 75 mícrons (abreviatura de 75μm) ou 75.000nm (nanômetros) de diâmetro

Nanotecnologia e Nanocomputadores

Nanotecnologia é o uso de coisas extremamente pequenas como átomos e moléculas para produzir sistemas, estruturas e dispositivos. Envolve o estudo (ciência e engenharia) da matéria com dimensões entre cem nanômetros.

Um nanocomputador é um computador com circuitos realmente minúsculos que só podem ser vistos com o auxílio de um microscópio. Nossos dispositivos atuais são feitos de semicondutores com menos de cem nanômetros de comprimento. Os nanocomputadores funcionam armazenando dados em pontos quânticos ou spins.

Do que é feito um nanocomputador?

Como a maioria dos computadores, os nanocomputadores são feitos de chips de computador e a única diferença é que eles são consideravelmente menores do que os microchips que você conhece. Os chips de computador são feitos de um semicondutor chamado silício.

À medida que os anos passam e a busca pela criação de dispositivos ainda menores cresce, mais e mais transistores são transformados em silício. Os processadores modernos contêm bilhões de transistores interconectados por finos fios de cobre. Cada transistor atua como uma chave liga / desliga, enviando, recebendo e processando informações e controlando a corrente através do chip.

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Vantagens da Nanocomputação

Nanocomputação significa processos de computação realizados por dispositivos reduzidos em dez ou cem unidades até que sejam menos de cem nanômetros. Essa redução aumenta a funcionalidade do circuito exponencialmente em até dez mil vezes.

Isso também significa que o poder de computação do dispositivo aumentou um milhão de vezes. Isso reduz o consumo de energia e aumenta a vida útil da bateria. Fazer caixas menores e ventiladores para resfriar os circuitos também seria desnecessário.

Os nanocomputadores também são significativamente mais rápidos do que outros microcomputadores e são capazes de realizar cálculos que outros computadores seriam incapazes de fazer. Seu tamanho reduzido também é uma vantagem adicional, pois se tornam menores, mais leves e fáceis de transportar. Eles também são imunes a ruídos e outros distúrbios.

Desvantagens da Nanocomputação

Embora a nanocomputação tenha muitas vantagens, também tem suas desvantagens. Fazer dispositivos que funcionam com base na nanotecnologia é muito caro e difícil. Reduzir os dispositivos a tamanhos microscópicos exige um nível de tecnicidade e especialização que só pode ser alcançado com grandes quantias de fundos.

A nanocomputação também representa uma ameaça à economia atual. O advento da nanotecnologia, como muitas outras novas tecnologias, causa uma mudança substancial em muitas áreas econômicas. No início, os nanocomputadores seriam um luxo caro e inacessível, mas com o tempo eles se tornariam mais populares e comuns. Isso teria um grande impacto no mercado porque tecnologias e empresas que não se adaptassem ou melhorassem sairiam do mercado. E isso pode levar à perda de empregos.

A natureza microscópica do nanocomputador também seria uma desvantagem, pois eles são virtualmente indetectáveis. Os nanocomputadores também podem ser transformados em dispositivos de gravação microscópicos e registrar secretamente e violar a privacidade das pessoas sem qualquer detecção.

Aplicações de Nanocomputação

As vantagens da nanocomputação o tornam útil em diferentes campos e processos. Processos de computação mais rápidos fornecem um maior nível de precisão no desenvolvimento de aprendizado de máquina e inteligência artificial, prevendo padrões climáticos e reconhecendo figuras complexas em imagens.

As duas principais aplicações da nanocomputação que temos no momento são a nanocomputação de DNA e a computação quântica.

Nanocomputação de DNA

A nanocomputação envolve o uso de estruturas em nanoescala para fazer processos de computação. Estruturas em nanoescala como proteína e DNA (ácido desoxirribonucléico) podem ser usadas para produzir nanocomputadores.

A computação do DNA envolve o uso de DNA, hardware de biologia molecular e bioquímica para realizar processos de computação, em vez da computação eletrônica tradicional que usa chips de silício. As informações no DNA são representadas usando um alfabeto genético de quatro caracteres (A [adenina], G [guanina], C [citosina], e T [timina]), em vez dos números binários (1 e 0) usados ​​pela eletrônica tradicional computadores.

Quando aplicado a tarefas separadas e não sequenciais, o nanocomputador de DNA é melhor que o tradicional computador eletrônico, pois pode armazenar uma grande quantidade de dados na memória e realizar várias operações em uma vez. Os nanocomputadores de DNA são consideravelmente mais rápidos do que seus equivalentes eletrônicos.

Nanocomputação de DNA é aplicada na medicina para controlar a distribuição de drogas na corrente sanguínea e detectar anticorpos no sistema imunológico de uma pessoa.

Computação quântica

Como a nanocomputação de DNA, em vez de usar chips de silício tradicionais para realizar processos de computação, bits quânticos ou qubits são usados. Um bit quântico (qubit) é uma unidade básica de informação quântica. É a versão quântica do bit clássico, mas pode armazenar mais informações do que um bit.

A computação quântica é aquela em que os processos de computação dependem em grande parte dos princípios da teoria quântica, ou seja, o comportamento da energia nos níveis atômico e subatômico. Enquanto os computadores usam 1s e 0s para codificar informações, a computação quântica usa qubits que podem existir em mais de um estado (como 1 e como 0) ao mesmo tempo.

Computadores quânticos são excepcionalmente mais rápidos do que o computador tradicional. A computação quântica pode ser usada para melhorar o aprendizado de máquina, simular a resposta a medicamentos, melhorar a logística de transporte e os modelos financeiros e processar grande quantidade de dados em altas velocidades.

Nanocomputação e o futuro

Nanocomputação é um ramo da nanotecnologia que envolve a redução de sistemas e estruturas de computação para poucos nanômetros. Embora possa levar algumas décadas até que a tecnologia de nanocomputação radical se torne comercialmente viável, a nanocomputação vai revolucionar a forma como os computadores funcionam e são construídos.

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