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首台分子电脑模拟大脑工作

    据MSNBC网站报道，世界上最强大的计算机是人类大脑，而纳米技术正在推进分子电脑的诞生。日前日本科学家大有突破，设计出世界首台分子机器，可模仿大脑的工作原理。此发现可提供同时控制许多分子机器的办法，加快电脑运行能力，或许会让摩尔定律继续有效。
    迄今为止，这种装置的运算速度是普通晶体管计算机的16倍。但研究人员声称，这项发明的运算速度最终将会比普通晶体管计算机快1000倍。它不仅能充当超级计算机的基础，还可用于控制复杂装置的元件，如：精微医师和精微工厂。
    此机器是由17个杜醌(duroquinone)分子，其中1个杜醌分子居中，充当控制部，另外16个分子围绕着它，都是在金表面上通过自我组合而成的。日本筑波市国立材料科学研究所的人工智能和分子电子学科学家安尼班·班德亚帕德耶(Anirban Bandyopadhyay)解释称，杜醌的直径不到1纳米，它比可见光波长还要小数百倍。而且，杜醌分子是六边形面上连接着4个圆锥细胞，看上去就像一辆小汽车。

此图证实日本分子电脑的设计堪称“人造脑”

    工作原理

    科学家通过来自扫描隧道显微镜特别尖的导电针上的电脉冲来调节此居中的杜醌分子，从而对此装置进行操作。由于电脉冲强度的不同，此分子及其4个圆锥细胞将出现不种方式的移位。再加上居中杜醌分子与周围的16个杜醌分子连接的化学键不牢固，从而导致每一个分子也出现移位变化。这就像推倒一块多米诺骨牌会引发一连串的多米诺骨牌倒下。

    可以想像一下，1只蜘蛛位于由16根蜘蛛丝编织的蜘蛛网中心，当蜘蛛向某一个方向移动时，每根连接它的蜘蛛丝就会各自感受稍有不同的拖拉。依照这种方式，居中杜醌分子的电脉冲可同时向周围16个分子传送不同的指令。研究人员称这项设计是受大脑细胞的启发，因为大脑神经细胞有树状一样的放射状神经分枝，每一个分枝都习惯于和其他大脑神经细胞沟通，传输指令。电脑科学家表示未来几十年巨大的并行处理会革新电脑的思维方式。

    班德亚帕德耶说，所有这些连接正是大脑如此强大的原因。由于杜醌拥有4个圆锥细胞，本质上就有4个不同的配置。再由于此居中杜醌分子还同时控制其他16个分子，从算术上计算，这意味着一个电脉冲信号可以实现4的16次方(近43亿)种不同的结果。相比之下，普通晶体管计算机一次仅能够执行一种指令，或0或1，仅有两种不同结果。

    研究人员使用扫描隧道显微镜确实让此16个分子正如他们所希望的那样回应了中心控制分子的指令。这就像空间站和太空船通话一样。如果你看过科幻电影《神奇旅程》，就明白这是怎么回事。

一对多通信在自然界很普遍，机器也能实现

    加以利用

    科学家可以将这种装置与其他分子相结合来使用。比如：研究人员建造一批仅由分子构成的机器，如发动机、推进器、电闸、电梯和传感器等。此装置将提供办法来控制所有其他装置整体性地协调运转。的确，班德亚帕德耶及其同事证实了他们可以让他们的发明调控8台这种分子机器协同工作，好像它们都是微型工厂的一部分。

    班德亚帕德耶称，此发明还可用于控制复杂分子机器上装备的元件。今后的应用之一将医学领域，设想将这样的分子仪器植入血液中，或许能够摧毁人体内的肿瘤。将来脑瘤患者不用做手术，因为血液中的分子组装机会直达目标地，执行目标任务。目前此发明的应用是扫描隧道显微镜上配备的特别尖的导电针。然而，班德亚帕德耶希望将来能使用分子代替导电针，对此装置发送指令。另一应用是基于大脑工作方式建造巨大平行处理的超级电脑。

    此装置需要在真空和零下196摄氏度极冷的条件下制成，不过，它却能在室温条件下正常工作。研究人员可以将此装置从二维的16分子环状结构扩展至三维的1024分子球状结构。这意味着它能同时执行1024个指令，产生4的1024次种不同的结果。这项研究成果发表在3月10日出版的《美国国家科学研究院学报》上。

化学：UCLA 化学家在分子电脑上有重大进展

编辑 rogers 报导
UCLA化学家宣布在分子电脑上有重大进展，同时也首次展示一种可重新装配的分子开关(reconfigurable molecular switch)，其工作环境为室温之固态。在积体电路中基本的元件就是如电晶体这样的矽晶开关元件，这团队拟由有机分子开关来取代这矽晶元件。现在，这个障碍的突破将使得未来分子电脑之制造可比现今之矽晶电脑更便宜、更小、而且更有效率。

这个研发团队是由 UCLA 之 James R. Heath、J. Fraser Stoddart以及 Pat Collier 所领导，并包含了 Hewlett-Packard 公司的研究人员。去年这团队在 Science 发表之分子开关只能切换一次，因此只能应用在静态储存(static storage)。如今发表的分子开关可以重复动作数百次。Heath 说: "这个进步不再是迟缓的漫步，而是快速的前进"。

最直接的应用是在于分子随机存取记忆体(molecular RAM)，目前也已经接近完成阶段。这些分子叫做 catenanes，是由两个微小连锁环所组成，在实验中，不仅要使这些相互连锁之分子构件有效率的联系，更要能够使这些分子可以在固态中动作。此外，利用一些化学反应，这些构件可以自动组成一对连锁环，其中一个环可以被激发而在两个不同态中移动(相对于另一个环)，因此构成 0 与 1 两个稳定态，即切换动作是藉由电压之改变，使得其中一个环被离子化，藉由库伦推力来旋转该环，当TTF (tetrathiaful-valene)在内侧时为 1，TTF 在外侧则为 0。

在未来几年，Heath及其团队将致力发展分子逻辑、分子记忆体、以及奈级绕线(nano-size wires)。

论文出处: Charles P. Collier, Gunter Mattersteig, Eric W. Wong, Yi Luo, Kristen Beverly, Jose Sampaio, Francisco M. Raymo, J. Fraser Stoddart, and James R. Heath, Catenane-Based Solid State Electronically Reconfigurable Switch, Science 2000 August 18; 289: 1172-1175. 

http://database.ce.cn/media/06/cmzk6it/200803/12/t20080312_14811165.shtml