Blog

Makineleşme Parçalar mükemmel bir şekilde yapılmalı, termal gürültüye karşı bağışık olmalı ve makineler tam olarak doğru zamanda ve doğru hızlarda çalıştırılmalıdır. İlk konumdaki veya hızdaki küçük hatalar, toplar arasındaki her çarpışmada (kabaca 2 kat) artar. Bu nedenle, başlangıç durumundaki küçük bir rastgele hata, yörüngelerin birkaç düzine çarpışmadan sonra tamamen öngörülemez hale gelmesine neden olur. Küçük sapmaları düzeltmek için pek çok hile vardır ve bunların hepsi küçük miktarlarda enerji dağılımına yol açar. Ortaya çıkan tasarım, bu düzeltmeler için gereken enerji miktarı, hesaplama hızını açıklayan kinetik enerjiden çok daha az olabileceğinden, yine de pratik açıdan ilgi çekici olabilir. Tamamen farklı bir teknik, termal gürültünün olumsuz etkilerini düzeltmeye çalışmaz, ancak gürültüyü iyi bir avantaj için kullanmaya çalışır. Bennett'in aşağıdaki önerisi, itici gücü tam olarak bu Brown hareketi olan bir makinedir. Bu, bir elektrik alanının (potansiyel bir fark) uygulandığı bir bakır telde elektronların taşınmasına benzer: elektronlar, Brown hareketi nedeniyle ileri geri sallanır, ancak bir yöndeki hareket, elektronları hafifçe aşar. ters yönde hareket; elektronlar ortalama olarak bir yönde sürüklenir. Alanın yönü tarafından dikte edilen net bir etki vardır ve buna elektrik akımı diyoruz. Benzer bir şey, Brownian hareketinin reaktant molekülleri temasa getirmek, yönlendirmek ve onları bir geçiş durumuna getirmek ve ardından reaksiyondan sonra ürün moleküllerini ayırmak için yeterli olduğu kimyasal reaksiyonlar dünyasında da olur. Kimyasal reaksiyon prensip olarak tersine çevrilebilir: ileri reaksiyona neden olan aynı Brownian hareketi bazen ürün moleküllerini bir araya getirir, onları geçiş durumundan geçirir ve reaktan moleküller olarak ortaya çıkmalarını sağlar. Kimyasal reaksiyonlar, geçiş durumuna ulaşmak için birkaç k T'lik potansiyel enerji engellerini aşmayı içerir. Öte yandan, kovalent bağlarda bulunan lOOkT düzeyindeki potansiyel engeller tipik olarak Brownian hareketiyle aşılamayacak kadar büyüktür. Bu tür engeller, DNA'nın oda sıcaklığında baz dizisinin rastgele yeniden düzenlenmesine maruz kalmasını engeller ve böylece biyolojik yaşamı kolaylaştırır. Bir Brownian bilgisayarını nasıl inşa edebiliriz? Bir Turing makinesinden başlıyoruz. Bir Turing makinesi, tartışıldığı gibi, esas olarak bir sonlu durum makinesidir, ancak bir bant artı bir okuma/yazma kafası ile genişletilmiştir. Sonlu durum makinesine girdi, banttaki karakterlerin ilk dizisi olarak sağlanır ve her adımda makine yalnızca yeni bir duruma geçiş yapmakla kalmaz, aynı zamanda kasete bir çıkış karakteri de yazar ve kafayı bir konum üzerinde hareket ettirebilir. Bant sonsuz uzunluktaysa, o zaman hesaplanabilecek her şey bir Turing makinesi tarafından hesaplanabilir; bahsettiğimiz Church-Turing hipotezi budur. (Tabii ki, zamanın her anında bandın yalnızca sonlu bir kısmı fiilen kullanımdadır.) Görünüşe göre her Turing makinesi hesaplaması, her konfigürasyonun en fazla bir öncülünün olduğu ve çoğu bir haleftir. Buradaki kimyasal bir uygulama, DNA veya RNA'ya benzer uzun bir makromolekülden oluşabilir ve bu bizim konumlarımız için bir semboller dizisi ({A, T, G, C} alfabesinden çizilmiş) olarak görülebilir. Bir siteye bağlı bir kimyasal grup, okuma/yazma kafasının konumunu ve makinenin durumunu kodlayabilir. Makinenin geçiş kurallarının her biri için bir tür olan birkaç farklı türde enzim, makro molekülün çevreleyen çözeltideki daha küçük moleküllerle reaksiyonlarını katalize ederdi. Böyle bir reaksiyon, makromolekülü, Turing makinesinin işleyişi tarafından öngörüldüğü gibi ardılına dönüştürecektir. 3. sanayi devrimi özellikleri Endüstri 3.0 Nedir 3. sanayi devrimi kısaca 3. sanayi devrimi tarihi 3. Sanayi Devriminin sembolü 1.sanayi devriminin özellikleri 3 Sanayi Devrimi ne zaman ve nerede başladı 3. sanayi devrimi nasıl başladı Reaksiyonlar, Turing makinesindeki ileri ve geri adımlara karşılık gelen her iki yönde de gerçekleşir. Ortaya çıkan hesaplama hızı, reaktan konsantrasyonları ayarlanarak kontrol edilebilir. Bunlar dengeye ne kadar yakınsa, makine o kadar yavaş çalışır ve o kadar az enerji harcanır. Adım başına enerji dağılımı E ise, ileri ve geri adımlar arasındaki oran eE/kT'dir. Örneğin, dört nükleotit pirofosfat denge konsantrasyonunun yüzde 10 fazlası varsa, o zaman ortalama olarak 10 geri adım başına 11 ileri adım görürüz ve enerji dağılımı kT ln(ll/10) O olur. Etkili ileri adım başına lkT. Bu, reaktanlar ve ürünler arasındaki kimyasal potansiyel farkına karşılık gelir. Konsantrasyonları artırarak, hesaplamanın efektif hızını artırabiliriz ve buna enerji dağılımındaki bir artış eşlik eder. (Ayrıca katalize edilmemiş reaksiyonlardan kaynaklanan hataları da azaltır, ancak bu konuyu burada göz ardı ediyoruz.) Biyolojik yaşam formlarında, RNA polimeraz bir DNA sarmalını saniyede yaklaşık 30 nükleotit hızında kopyalar, nükleotid başına yaklaşık 20kT dağıtır (ve 10.000 nükleotid başına birden az hata yapar). DNA bilgisayarı, bilardo topu bilgisayarından daha gerçekçi olmasına rağmen, henüz kolayca yapabileceğimiz türden bir makine değil. Ancak, enerji tasarruflu nMOS devrelerinin nasıl inşa edileceğine dair bazı bilgiler veriyor. Bu devreleri nasıl kurabileceğimizi anlamak için, bir çipte enerjinin nasıl dağıldığını kontrol ederiz. Girişi çıkışa kopyalanan (ve ayrıca ters çevrilmiş, ancak burada ilgilendiğimiz konu bu olmayan) bir sürücü devresini gösterir. Çıkış, bir tel, bir miktar kapasitif yük içerir. Yük, ardıl devrelerden gelen giriş kapılarının ve tel ile çipin toprağı arasındaki parazitik kapasitansın bir kombinasyonudur. Sinyal çıkışı 0'dan V volt'a her değiştiğinde, güç kaynağı V potansiyelinde bir miktar yük CV sağlar, bu da bir miktar enerji sağlar CV2 Bu enerjinin yarısı C kapasitansında depolanır ve diğer yarısı biter pull-up transistörde dağıtılır. Out, V'den 0 volta geri değiştiğinde, C'de depolanan yük, iH'nin dağıldığı aşağı açılan transistörün kanalı yoluyla toprak bağlantısına iletilir. Bu nedenle, kapasitif çıkışın tam bir yukarı ve aşağı döngüsü, CV2 enerjisini dağıtır. Bu enerji kaybından nasıl kurtulabiliriz? Pekala, suyla dolu büyük bir kap ve küçük, boş bir kap düşünün. İki kap, valfli bir tüp aracılığıyla birbirine bağlanır, ancak valf kapalıdır. Vanayı açarsak ne olur? Su, büyük konteynerden Email konteynerine hızla akacaktır, ta ki ikincisi büyük konteynerle aynı seviyeye kadar dolana kadar yapılır. Küçük kabın kesiti C birim ise ve su seviyesi V yüksekliğine ulaşıyorsa, kapta depolanan potansiyel enerji !CV2 olur. su seviyesi V daha yüksekse (devasa kap çok büyükse, su seviyesi önemli ölçüde değişmez), sağlanan enerji miktarı CV2'dir.