1、纳米、量子与分子计算：系统设计与验证的挑战与机遇

纳米、量子与分子计算：系统设计与验证的挑战与机遇

1. 计算技术的现状与挑战

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、散热问题以及器件制造难度等因素，将阻碍或严重减缓技术的发展。这表明计算机工程师正处于一个科技转折点。

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。在纳米计算时代，保证系统的鲁棒性是一项重大挑战。由于量子物理、概率现象甚至生物现象的影响，设计高可靠性的计算系统变得比以往更加困难。将器件缩小到单电子操作级别，会因概率效应和不确定性而带来新的挑战，难以保证基于“0 - 1”的计算。尽管单个芯片上数十亿的微小器件可以通过复制和冗余来缓解不确定性问题，但如此高的器件密度也会给设计和验证带来巨大困难。

2. 纳米计算的发展预测

纳米技术专家对纳米计算的到来时间有不同的预测，如下表所示：
| 专家姓名 | 到来预测 |
| ---- | ---- |
| Birge | 2005 |
| Brenner | 2025 |
| Drexler | 2015 |
| Hall | 2010 |
| Smalley | 2100 |

需要注意的是，这些预测可能已不准确，因为纳米技术每天都有突破，相关预测也在不断更新。例如，某公司曾宣布能够在 10⁻⁸ 米尺度上捕获图像，这是扫描隧道显微镜能力的一项突破，此类发明往往会带来前所未有的快速发展。

3. 纳米计算相关研究领域

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