Hardware Molecolare: La Promessa e le Sfide
La corsa è iniziata da quando i primi chip di computer in silicio hanno cominciato ad apparire. I produttori di hardware si sono costantemente superati l’un l’altro in una frenesia per stipare quanti più transistor possibile in spazi sempre più piccoli. Nel 2014 Intel ha celebrato il rilascio di processori con transistor circa 6.000 volte più piccoli del diametro di un singolo capello. Tuttavia, questo è lontano dal sogno di raggiungere la produzione di transistor a livello molecolare. Il 17 giugno 2016, un gruppo di ricercatori dell’Università di Pechino potrebbe aver dimostrato che questo sogno potrebbe essere più vicino alla realtà di quanto pensiamo. Mentre la corsa per hardware più piccoli continua, possiamo anche esplorare cosa potrebbe significare per noi e quali sfide i produttori potrebbero affrontare nel tentativo di rendere la tecnologia delle dimensioni delle molecole una realtà.
Il Problema con la Parola “Molecola”
Ogni volta che pensiamo a una molecola, pensiamo a qualcosa di straordinariamente piccolo - qualcosa così piccolo che può essere osservato solo con attrezzature altamente specializzate. Il problema è che, a differenza degli atomi, le molecole non sempre si presentano in dimensioni così microscopiche. Quando qualcuno mi dice che ha realizzato un transistor che consiste in una singola molecola, la prima domanda che mi viene in mente è: “Di che tipo di molecola stiamo parlando?”
Una catena molecolare può essere enorme. I polimeri come il DNA all’interno di ogni cellula del tuo corpo possono misurare da 1,5 a 3 metri quando sono completamente distesi, e questo è solo una molecola. Di solito usiamo cose come le molecole d’acqua come punto di riferimento per la dimensione, misurando circa 0,275 nanometri di diametro se sei curioso. Nessuna testata giornalistica ci ha dato un indizio adeguato su quanto sarebbe grande un tale transistor, ma potrebbe essere una scommessa sicura che stiamo guardando qualcosa di più vicino a una molecola d’acqua (considerando quanto siano piccole le molecole di grafene e i gruppi metilenici) piuttosto che a una molecola di DNA.
La Dimensione Non È Tutto
Sebbene sia importante assicurarsi di imballare quanta più potenza possibile in una piccola quantità di spazio, ridurre la dimensione dei transistor non è l’unica cosa che puoi fare. Oltre a realizzare un interruttore molecolare efficace che ha una durata significativamente più lunga (un anno) rispetto ai suoi predecessori (alcune ore), i ricercatori dell’Università di Pechino hanno anche raggiunto un’altra svolta: l’interruttore può anche comunicare utilizzando fotoni piuttosto che elettroni in movimento. I fotoni viaggiano molto più velocemente delle onde elettromagnetiche (fino a 100 volte più velocemente), il che significa che saremmo in grado di stipare più transistor in spazi piccoli e dare a ciascuno di quei piccoli dispositivi un aumento di velocità che Gordon Moore avrebbe potuto solo sognare.
Perché Questo Piccolo Hardware È Una Sfida
Come per qualsiasi cosa con cui abbiamo a che fare a livello atomico o molecolare, le cose possono diventare molto instabili. Ad esempio, i campi elettromagnetici hanno una forte tendenza a far spostare le strutture atomiche dei metalli e di altri materiali conduttivi anche solo leggermente. Tale spostamento può essere interpretato come un segnale. “Grani” microscopici di materiale a livello atomico potrebbero anche causare un funzionamento improprio dei transistor. I ricercatori dell’Università di Pechino sono riusciti finora a creare un interruttore che potrebbe attivarsi e disattivarsi oltre cento volte, con una durata di un anno. Anche se questo è un risultato meraviglioso così com’è, dubito che molte persone sarebbero entusiaste di avere un computer con la durata di un criceto incline al cancro. La prima vera sfida è isolare l’ambiente microelettronico in modo tale che possa funzionare per più di un decennio.
Anche se un interruttore molecolare altamente durevole e praticabile viene finalmente costruito da qualcuno, portarlo in un processo di produzione snello presenta una sfida completamente nuova. Per il futuro prevedibile, i circuiti integrati sono il metodo preferito per la comunicazione hardware interna. Far funzionare questo sistema ingombrante con interruttori molecolari è quasi impossibile. Per aggiungere offesa al danno, misurare le cose all’interno delle piccole fessure tra le molecole (cosa che devi fare per leggere i dati memorizzati all’interno) richiede ambienti altamente specializzati che necessitano di molta energia per essere mantenuti.
La Conclusione
L’impegno di avere interruttori delle dimensioni di alcune delle molecole più piccole che l’umanità può manipolare è molto allettante e contiene molte promesse. Cioè, se i produttori possono superare ostacoli come la necessità di temperature criogeniche per leggere i dati, eliminare il divario di connettività tra le molecole e i circuiti elettromagnetici a livello primitivo, e in qualche modo mitigare la breve durata di questa tecnologia quando messa alla prova nel mondo reale. Se possono superare questi ostacoli, allora sì, la tecnologia degli interruttori molecolari sicuramente creerà una rivoluzione che renderà obsoleti i circuiti integrati attuali e i chip basati sul silicio.
Quando pensi che saremo in grado di superare tutte queste sfide? Dicci nei commenti!
