پردازش اطلاعات در ابعاد کوانتومی با استفاده از گیتهای منطقی مولکولی: مروری بر تاریخچه، ویژگیها و فناوریهای مبتنیبر آن

Abstract

در صنعت الکترونیک ثابت ‌شده است که، پایین آوردن مقیاس قطعات سیلیکونی تا زیر nm۱۰ و بسته‌بندی میلیون‌ها مورد از آن‌ها در یک تراشه ایدة جالبی نخواهد بود. این امر به‌دلیل مصرف انرژی بالا، هزینه ساخت بالا، محدودیت­های ناشی از مکانیک کوانتومی و دشواری­های فنی است که مانع از کوچک­تر شدن بیشتر افزاره­های الکترونیکی می­شوند. لذا، بایستی محققان به چیزی غیر از سیلیکون فکر کنند تا افزاره الکترونیکی با تراکم بسیار زیاد بسازند. از این‌رو، داده‌ ‌ورزی مولکولی، می­تواند با بررسی و اکتشاف گستره وسیعی از ساختارهای مولکولی، جایگزین مناسبی برای منطق دیجیتال مرسوم ارائه دهد تا قادر به کدگذاری یا دست‌کاری مؤثر داده­ها باشد. بنابراین، بسترهای مولکولی را می­توان به‌عنوان افزاره­های محاسباتی در نظر گرفت که براساس مجموعه­ای از عملگرهای منطقی، ورودی­های فیزیکی و شیمیایی را به خروجی­های مطلوب تبدیل می­کنند. این حوزه در زیرشاخة سخت‌افزار فناوری­های محاسبات کوانتومی قرار می­گیرد و بنابراین، ساخت     افزاره­های الکترونیکی و حسگرهای مولکولی کارآمدتر تأثیرات مثبت معناداری بر توانمندی­های دفاعی و امنیتی یک کشور دارند. در این مقالة مروری، ابتدا مختصری از تاریخچه افزاره­های مولکولی ارائه می­شود، چرا که آگاهی از سیر تحول یک موضوع علمی می­تواند زمینه­ساز پیشرفت اصولی­تر باشد. در گام بعدی، دلایل اصلی تغییر رویکرد به ‌سوی افزاره­های مولکولی توضیح داده ‌شده و با معرفی گیت­های منطقی مورد استفاده، محدودیت­های بنیادین و فنی حاکم بر ادوات کلاسیک ذکر می­شوند. سپس، قابلیت­های مختلف گیت­های منطقی مولکولی در دو زمینة الکترونیک مولکولی و حسگرهای منطقی شیمیایی به‌ تفصیل مورد بحث قرار گرفتند تا توانایی­های مولکول­ها در سامانه­های محاسباتی مختلف اثبات شوند.