纳米计算机：现状与未来

如今，人类追求优化、舒适和简化。这些愿望促使我们重新审视周围的一切，发现其中的不足和瓶颈，并通过自动化让它们变得更好。

设备形状不便或尺寸过大，往往就是这类不足。于是，我们已经缩小了计算机的体积，让显示屏变得更薄，同时没有牺牲性能。看起来，尺寸还能再小到哪里去呢？个人电脑已经可以做成口袋大小了。但纳米计算机项目的目标大多并非这一领域；日本、美国、欧盟以及另外约50个国家都已着手制定相关国家计划。

各种成本高昂、周期漫长的纳米计算机研发方案，目标是实现100 GHz的工作频率，同时将发热量控制在仅3 mW。纳米电子学不仅会改变当今的信息技术，还将使计算机的最小允许尺寸缩小到亚细胞级别。

纳米结构制造技术的先行者是纳米级光刻。从本质上说，它是如今用于制造计算机芯片的微细光刻技术的延伸。

化学自组装也很有希望。早在1966年，人们就提出了基于冯·诺依曼元胞自动机的自复制结构构想，但直到现在，技术才发展到能够将其付诸实践。

这类计算机的导电系统面临着巨大挑战，同时也蕴藏着巨大潜力。
纳米管是由碳原子构成的六边形网格卷曲而成的结构，是最坚固、最纤细的导体。它可以彻底消除电损耗，却也带来了新的问题——产生大量热量。针对这种分子尺度计算机的散热问题，人们已经提出了液氦、过冷电子束，甚至利用温度恒定在3° K的外层空间等方案。



目前，纳米计算机的应用目标主要集中在医疗领域。人们计划利用纳米计算机简化DNA分析工作，尤其是生物基因组密码的解读。如今，这项工作已在各种实验室研究对象上开展，从果蝇和普通番茄到人体都包括在内。DNA一旦被解读，科学家就能获得大量新信息，了解自然界的数据存储和传递机制如何运作。



至于计算机本身，目前还没有纳米版本。要制造出如此微小、同时又不损失功能的计算机，难度极大，需要投入巨大的人力和资金。不过，这项设备的设计与制造工作虽然进展缓慢，却已经在积极推进。目前，人们成功研发出的只有供纳米计算机使用的纳米晶体管，但毫无疑问，这是人类迈向“未来计算机”的重要一步。