Создано вычислительное устройство на базе органических соединений. Новый «компьютер» во многом подражает работе человеческого мозга — однако некоторые эксперты сомневаются в реальной пользе подобной разработки.
Два слоя вычислений: Компьютеры и микроскопы

«Нашей целью всегда было создание компьютеров, способных решать все более сложные проблемы», — поясняет Анирбана Бандиопадхайя (Anirban Bandyopadhyay), под руководством которого создано новое устройство. В этой связи параллельные вычисления довольно перспективны, хотя современные компьютеры не слишком способны к ним — в отличие от нейронов нашего мозга.

В среднем, мозг человека содержит более 100 млрд нервных клеток, соединяющихся в сложнейшую и динамичную сетевую структуру. Одновременная параллельная работа миллионов нейронов и позволяет нашему скромному (по размерам) мозгу выполнять ряд сложнейших задач куда эффективнее, чем самые мощные вычислительные системы (для примера можно привести такие «элементарные» процессы, как ходьба или бег, распознавание речи).

При этом мозг пользуется кратковременной и долговременной памятью. Кратковременная формируется за счет повышенного выброса химических сигнальных веществ, нейротрансмиттеров, обусловливающих связь в точке контакта нейронов. Долговременная связана с образованием большего количества синаптических связей и, таким образом, с изменением сетевой структуры мозга.

Именно эту сложнейшую организацию ученые (до некоторой степени) воспроизвели в лаборатории. Они взяли циклическое органическое соединение 2,3-дихлоро-5,6-дициано-p-бензохинон (или просто DDQ, для краткости), интересное своей способностью переходить между 4-мя различными проводящими состояниями. На золотую подложку были нанесены 2 молекулярных слоя DDQ, а затем с помощью сканирующего туннельного микроскопа, который позволяет манипулировать наноразмерными объектами (как он устроен, вы можете узнать в нашей статье «Туннель в наномир»), «нанесли» на один из слоев исходные данные. Прикладывая микроскопический заряд, они перевели определенные молекулы DDQ в нужное проводящее состояние, тем самым записав на их массив нужную информацию. Вращаясь, молекулы DDQ могли образовывать связи то с тем, то с другим своим соседом, формируя динамическую проводящую сеть.

Исходная схема разных проводящих состояний молекул DDQ в слое нестабильна, она спонтанно переходит в новую. Тем самым, имея определенное «входящее» состояние, можно получить определенное «исходящее» — иначе говоря, проводить обработку информации. Эту схему ученые апробировали в лаборатории, обсчитав на своем «компьютере» некоторые параметры диффузии электронов (их перемещения через материал) и распространения раковых клеток в организме. По их словам, результат оказался точен, полностью совпав с известными нам характеристиками этих процессов. При этом расчет велся параллельно тремястами молекулами DDQ.

Конечной целью своей разработчики видят создание полноценного «мозгоподобного» компьютера, годного для решения любых практических задач. Однако многие эксперты высказывают сомнения, им этот подход кажется несколько странным — и, скорее всего, непрактичным. Один из них резюмирует: «Интересно, заинтересует ли вообще кого-нибудь компьютер, который требует для записи и чтения данных капризный и сложный электронный микроскоп».

По пресс-релизу National Institute for Materials Science