Молекулярный пессимизм

Алексей Свиридов aka Zopuhh

Спецвыпуск: Хакер, номер #055, стр. 055-064-2

Главным элементом, появление коммерческой версии которого и разбудит начало новой эры компьютерной техники, является молекулярный транзистор. В идеале этот прибор должен состоять всего из одной молекулы, но даже если транзистор окажется немаленьким по размерам, он все-таки позволит увеличить плотность размещения дискретных элементов на несколько порядков. К примеру, даже если размер транзистора будет 10 нм (для сравнения: размер атома 0,2-0,3 нм), то плотность размещения возрастет примерно в сто раз по сравнению с нынешними микропроцессорами. Если верить самым оптимистичным заявлениям ученых, размер транзистора может составить и 1 нм, что в принципе поможет выиграть в плотности упаковки десять тысяч раз.

В общем и целом молекулярный транзистор можно описать как некоторый элемент электрической цепи, который, в зависимости от внешних управляющих факторов, является или проводником, или диэлектриком. Те схемы, которые предлагают чаще всего, подразумевают управление при помощи электрического потенциала (как в классической полупроводниковой технике) или лазерного импульса. Увы, до сих пор не родились технологии, на основе которых можно было бы создать жизнеспособные вычислительные устройства: существуют только прототипы отдельных элементов, для работы которых нужна сложная инфраструктура. Хотя каждый из таких элементов и выполняет возложенные на него функции, интеграция отдельных элементов в единую вычислительную схему, хотя бы самую простую, с технологической точки зрения просто непосильна.

Пока самые эффективные молекулярные транзисторы реализованы на основе фотохромных соединений, которые могут изомеризоваться (изменять свою структуру) в результате электрохимического окисления. Главное достоинство такого переключателя - его фантастически высокая устойчивость (по меркам молекулярных компьютерных разработок). Цикл окисления-восстановления катенана можно совершать 10-20 тыс. раз без заметного разрушения супрамолекулярной системы. Естественно, для реальных вычислительных систем стабильность элемента, ограниченная даже сотней тысяч операций, то есть фактически бренный срок его службы, убивает все надежды на его применение на практике.

Тем не менее, научное сообщество не сдается и непоколебимо продолжает искать решение. Так, например, еще в конце 1999 года группа исследователей из Райсского и Йельского провели эксперимент, в рамках которого был создан работоспособный логический элемент, состоящих из одной молекулы. Разработчики в своих заявлениях обещают, что, возможно, эти результаты могут стать основой первого поколения молекулярных компьютеров. "Половина задачи [по созданию молекулярного компьютера] решена, - подчеркнул Джеймс Тур (James Tour), один из руководителей исследовательского проекта. - Теперь требуется разработать молекулярную память".

Помнишь заголовок статьи? Я думаю, оптимизм многих разработчиков, в том числе и группы Джеймса Тура, сильно раздут. Кроме общих фраз о перспективах молекулярных технологий, их невероятной плотности и производительности, г-н Тур сказал: "Я не думаю, что новая технология полностью вытеснит кремний. Скорее всего, появятся гибридные кремний-молекулярные компьютеры, и это будет через пять-десять лет". Он сказал это больше пяти лет назад, а молекулярные компьютеры так и остаются увлекательным научным проектом.