1、纳米、量子与分子计算：挑战与机遇

纳米、量子与分子计算：挑战与机遇

1. 计算技术的变革

传统的硅基微电子技术难以永远遵循摩尔定律。随着芯片上晶体管数量的增加，诸如杂散信号、散热难题以及器件制造困难等问题，会阻碍甚至严重减缓技术的发展。这表明计算机工程师正处于科技变革的关键节点。

纳米技术的出现，或许是提升计算能力的新途径。然而，纳米技术的发展也给计算机工程师和科学家带来了新的挑战。未来电子设备在尺寸、特性和物理原理方面存在诸多不确定性，这是电子领域发展的一个显著特点。

2. 纳米计算时代的挑战

2.1 可靠性保障难题

在纳米计算时代，保障系统的鲁棒性是一大挑战。设计可靠的计算系统时，需要考虑量子物理、概率甚至生物现象，确保高可靠性比以往任何时候都困难。将设备缩小到单电子操作级别，会因概率效应和不确定性，给基于“0 - 1”的计算带来新问题。

虽然单个芯片上数十亿个微小设备可通过复制和冗余来缓解不确定性，但超高的设备密度也会给设计和验证带来巨大挑战。

2.2 纳米技术研究现状

目前，大部分纳米技术研究集中在材料科学、电气工程、量子和器件物理、化学甚至生物学领域。但随着不可靠和有缺陷的纳米结构材料进入计算机设计主流，计算机工程师和科学家将不得不面对上述问题。

纳米技术专家预测，未来几年我们将看到这类材料的应用，这也带来了保障可靠计算和设计自动化工具扩展的相关问题。以下是1995年《连线》杂志公布的纳米计算到来时间预测：
| 专家姓名 | 到来时间预测 |
| ---- | ---- |
| Birge | 2005 |
| Brenner | 2