分子计算机不是梦

综合报道

刘林森

有这样一种计算机：可以永久保存数据，对病毒拥有免疫力，体积小得让人难以相信……请注意，这并不是什么遥不可及的梦想，而是正在开发中的分子计算机。
长期以来，科学家致力于研制分子计算机的努力，终于取得了重要进展。美国洛杉矶加州大学化学教授詹姆斯·希思最近对媒体透露，在指导思想上发展以晶体结构为基础的分子计算机已取得重要突破，证实以前的研究方向和思路是正确的。希思认为：“我们已经朝制造微型的超高速计算机──分子计算机—迈出了关键的一步。”
与目前的计算机相比，分子计算机运行所需的电力将大大减少，并且有可能永久保存大量数据，从而使用户不必进行删除文档的操作。此外，这些计算机还能免受计算机病毒、系统死机或其他故障的影响。希思说：“从进行运算所需要的能量来看，有可能使计算机的功效比目前的奔腾芯片提高大约1000亿倍。”他说：“我们有可能在一粒砂子大小的芯片上获得相当于100台工作站的计算能力”。
科学家预言，传统的硅芯片技术将在未来10~15年内达到理论极限，因此寻找硅芯片加工的替代技术既相当重要又十分迫切。
美国著名IT企业惠普公司参与了整个研制工作。他们的联合研究小组制作出一种分子“逻辑门”──计算机工作方式的基础。联合研究小组通过制取一种名叫轮烷(rotaxne)的新型化合物，使逻辑门在“开”或“关”两种状态之间顺利地实现切换，产生电压变化。实验证实，这种新型化合物能够生成晶体结构，将它夹在金属电极之间，轮烷分子就能够像逻辑门一样的工作。
目前的计算机是以硅芯片为基础制造的，芯片所携带的信息是以蚀刻方式加上去的。而对于体积日益变小的芯片来说，要把信息精确地蚀刻上去正变得越来越困难。然而，晶体能够吸收以电荷形式存在的信息，并且以更为有效的方式进行组织。利用这种分子技术制造的“芯片”的体积，可以小到像尘埃颗粒一样。
科学家预言，如果进展顺利，分子计算机可望在2010年以前商品化。这种计算机有朝一日将取代那些基于硅芯片的计算机，并且最终有可能使计算机变得很小，甚至能够编织到衣服中或植入人体内来诊断、治疗疑难病症。届时，人类将真正进入一个计算机时代。
美国贝尔实验室的物理学家约克认为，今后要继续提高计算机的运算能力，需要寻找新的发展道路，分子电子学就是其中的一个选择。约克指出，通过纳米技术可以利用DNA制造出分子机器。据约克介绍，他已经利用DNA片段制造出一种小“镊子”，并用它打开了分子键。约克表示，利用这种技术，将来可以制造出分子规模的电子线路。
美国惠普实验室的科学家威廉姆斯也认为，硅电子学已经走到了尽头，若继续沿硅芯片之路发展，摩尔定律将很快失去效力，而分子电子学将使未来的计算机发展走出困境。通过用分子开关代替电子开关等方式，分子电子学将极大提高计算机的运算能力。
威廉姆斯表示，今后一段时期的最大挑战是，如何把分子电子学同计算机目前的硅芯片结合起来。他表示，如果能把两者相结合，制造出杂交的集成电路，摩尔定律今后50年内还将会有效。