रासायनिक कंप्यूटर

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This article is about computation using molecular and chemical systems. For computation using single molecules as active elements, see Molecular scale electronics and Molecular logic gate.

एक रासायनिक कंप्यूटर, जिसे प्रतिक्रिया-प्रसार कंप्यूटर, बेलौसोव-झाबोटिंस्की (बीजेड) कंप्यूटर, या गोवेयर कंप्यूटर भी कहा जाता है, अर्ध-ठोस रासायनिक सूप पर आधारित अपरंपरागत कंप्यूटिंग है जहां डेटा को रसायनों की विभिन्न सांद्रता द्वारा दर्शाया जाता है।[1] गणनाएँ प्राकृतिक रूप से होने वाली रासायनिक प्रतिक्रियाओं द्वारा की जाती हैं।

पृष्ठभूमि

मूल रूप से रासायनिक प्रतिक्रियाओं को स्थिर संतुलन की ओर सरल कदम के रूप में देखा गया था जो गणना के लिए बहुत आशाजनक नहीं था। इसे 1950 के दशक में सोवियत संघ के वैज्ञानिक बोरिस पावलोविच बेलौसोव द्वारा की गई खोज से बदल दिया गया था। उन्होंने विभिन्न लवणों और अम्लों के बीच रासायनिक प्रतिक्रिया बनाई जो पीले और स्पष्ट होने के बीच आगे-पीछे होती रहती है क्योंकि विभिन्न घटकों की सांद्रता चक्रीय तरीके से ऊपर और नीचे बदलती रहती है। उस समय इसे असंभव माना जाता था क्योंकि यह थर्मोडायनामिक्स के दूसरे नियम के खिलाफ जाता था, जो कहता है कि बंद प्रणाली में एन्ट्रापी केवल समय के साथ बढ़ेगी, जिससे मिश्रण में घटक खुद को तब तक वितरित करते रहेंगे जब तक कि संतुलन प्राप्त न हो जाए और कोई भी निर्माण न हो जाए। एकाग्रता में परिवर्तन असंभव. लेकिन आधुनिक सैद्धांतिक विश्लेषण से पता चलता है कि पर्याप्त रूप से जटिल प्रतिक्रियाओं में वास्तव में प्रकृति के नियमों को तोड़े बिना तरंग घटनाएं शामिल हो सकती हैं।[1][2] (अनातोल झाबोटिंस्की द्वारा बेलौसोव-झाबोटिंस्की प्रतिक्रिया के साथ सर्पिल रंगीन तरंगों को दिखाते हुए प्रत्यक्ष रूप से दृश्यमान प्रदर्शन हासिल किया गया था।)

बेलौसोव-ज़ाबोटिंस्की प्रतिक्रिया प्रतिक्रिया के तरंग गुणों का अर्थ है कि यह अन्य सभी तरंगों की तरह ही जानकारी को स्थानांतरित कर सकता है। यह अभी भी गणना की आवश्यकता को छोड़ देता है, जो पारंपरिक माइक्रोचिप्स द्वारा बाइनरी कोड ट्रांसमिटिंग और तर्क द्वार ्स की जटिल प्रणाली के माध्यम से और शून्य को बदलने का उपयोग करके किया जाता है। किसी भी बोधगम्य गणना को करने के लिए NAND तर्क का होना पर्याप्त है। (एक NAND गेट में दो बिट इनपुट होते हैं। यदि दोनों बिट 1 हैं तो इसका आउटपुट 0 है, अन्यथा यह 1 है)। रासायनिक कंप्यूटर संस्करण नंद तर्क गेट्स को एकाग्रता तरंगों द्वारा दूसरे को अलग-अलग तरीकों से अवरुद्ध या प्रवर्धित करके कार्यान्वित किया जाता है।

वर्तमान शोध

1989 में यह प्रदर्शित किया गया कि प्रकाश-संवेदनशील रासायनिक प्रतिक्रियाएँ छवि प्रसंस्करण कैसे कर सकती हैं।[3] इससे रासायनिक कंप्यूटिंग के क्षेत्र में उछाल आया।

इंग्लैंड के पश्चिम विश्वविद्यालय में एंड्रयू एडमात्ज़की ने प्रतिक्रिया-प्रसार प्रक्रियाओं का उपयोग करके सरल तर्क द्वार का प्रदर्शन किया है।[4] इसके अलावा, उन्होंने सैद्धांतिक रूप से दिखाया है कि कैसे काल्पनिक 2+सेलुलर ऑटोमेटन के रूप में तैयार किया गया माध्यम गणना कर सकता है।[5] एडमाट्ज़की इस सिद्धांत को बीजेड-रसायनों में स्थानांतरित करने और बिलियर्ड गेंदों को तरंगों से बदलने के लिए बिलियर्ड-बॉल कंप्यूटर पर सैद्धांतिक लेख से प्रेरित थे: यदि समाधान में दो तरंगें मिलती हैं, तो वे तीसरी लहर बनाते हैं जिसे 1 के रूप में पंजीकृत किया जाता है। व्यवहार में सिद्धांत का परीक्षण किया है और रासायनिक पॉकेट कैलकुलेटर बनाने के लिए लॉजिक गेट्स के कुछ हजार रासायनिक संस्करण तैयार करने पर काम कर रहा है।

इस तकनीक के वर्तमान संस्करण की समस्या तरंगों की गति है; वे केवल कुछ मिलीमीटर प्रति मिनट की दर से फैलते हैं। एडमाट्ज़की के अनुसार, यह सुनिश्चित करने के लिए कि सिग्नल जल्दी से स्थानांतरित हो जाएं, गेटों को एक-दूसरे के बहुत करीब रखकर इस समस्या को समाप्त किया जा सकता है। अन्य संभावना नई रासायनिक प्रतिक्रियाएं हो सकती हैं जहां तरंगें बहुत तेजी से फैलती हैं।

2014 में, सामग्री विज्ञान और प्रौद्योगिकी के लिए स्विस संघीय प्रयोगशालाएँ (एम्पा) की अध्यक्षता वाली अंतरराष्ट्रीय टीम द्वारा रासायनिक कंप्यूटिंग प्रणाली विकसित की गई थी। रासायनिक कंप्यूटर ने बिंदु ए और बी के बीच सबसे कुशल मार्ग खोजने के लिए अम्लीय जेल का उपयोग करके मारांगोनी प्रभाव से प्राप्त सतह तनाव गणना का उपयोग किया, उसी मार्ग की गणना करने का प्रयास करने वाले पारंपरिक उपग्रह नेविगेशन सिस्टम को पीछे छोड़ दिया।[6][7]

2015 में, स्टैनफोर्ड विश्वविद्यालय के स्नातक छात्रों ने चुंबकीय क्षेत्र और चुंबकीय नैनोकणों से युक्त पानी की बूंदों का उपयोग करके कंप्यूटर बनाया, जो रासायनिक कंप्यूटर के पीछे के कुछ बुनियादी सिद्धांतों को दर्शाता है।[8][9]

2015 में, वाशिंगटन विश्वविद्यालय के छात्रों ने रासायनिक प्रतिक्रियाओं के लिए प्रोग्रामिंग भाषा बनाई (मूल रूप से डीएनए विश्लेषण के लिए विकसित)।[10][11]

2017 में, हार्वर्ड विश्वविद्यालय के शोधकर्ताओं ने रासायनिक ट्यूरिंग मशीन का पेटेंट कराया जो बेलौसोव-ज़ाबोटिंस्की प्रतिक्रिया की गैर-रेखीय गतिशीलता का उपयोग करके संचालित होती है।[12] उन्होंने जो प्रणाली विकसित की है वह गिब्स मुक्त ऊर्जा विचारों का उपयोग करके चॉम्स्की पदानुक्रम चॉम्स्की टाइप -1 भाषा को पहचानने में सक्षम है। यह काम बाद में 2019 में प्रकाशित हुआ, जिसमें चॉम्स्की टाइप-2 और टाइप-3 भाषाओं के सिस्टम शामिल थे।[13]

2020 में, ग्लासगो विश्वविद्यालय के शोधकर्ताओं ने बीजेड माध्यम के दोलनों को नियंत्रित करने के लिए 3डी-मुद्रित भागों और चुंबकीय स्टिरर का उपयोग करके रासायनिक कंप्यूटर बनाया। ऐसा करने पर, वे बाइनरी लॉजिक गेट्स की गणना करने और पैटर्न पहचान करने में सक्षम थे।[14]

यह भी देखें

संदर्भ

  1. ↑ 1.0 1.1 Kumar, Ambar; Mahato, Akash Kumar; Singh, Akashdeep (2014). "Chemical Computing: The different way of computing" (PDF). International Journal of Innovative Research in Technology. 1 (6). ISSN 2349-6002. Archived from the original (PDF) on 2015-06-15. Retrieved 2015-06-14.
  2. ↑ "मूर का नियम अजीब होने वाला है". Nautilus.
  3. ↑ L. Kuhnert; K. I. Agladze; V. I. Krinsky (1989). "Image processing using light-sensitive chemical waves". Nature. 337 (6204): 244–247. Bibcode:1989Natur.337..244K. doi:10.1038/337244a0. S2CID 4257968.
  4. ↑ Adamatzky, Andrew; De Lacy Costello, Benjamin (2002). "Experimental logical gates in a reaction-diffusion medium: The XOR gate and beyond". Physical Review E. 66 (4): 046112. Bibcode:2002PhRvE..66d6112A. doi:10.1103/PhysRevE.66.046112. PMID 12443264.
  5. ↑ Andrew I. Adamatzky (1997). "Information-processing capabilities of chemical reaction-diffusion systems. 1. Belousov-Zhabotinsky media in hydrogel matrices and on solid supports". Advanced Materials for Optics and Electronics. 7 (5): 263–272. doi:10.1002/(SICI)1099-0712(199709)7:5<263::AID-AMO317>3.0.CO;2-Y.
  6. ↑ "Chemical GPS Outpreforms Satellite Navigation System > ENGINEERING.com". engineering.com.
  7. ↑ "एम्पा ने सैटएनएवी से भी तेज गति से रासायनिक कंप्यूटर का आविष्कार किया". gizmag.com. 28 October 2014.
  8. ↑ "स्टैनफोर्ड ने एक जल-बूंद कंप्यूटर - एक्सट्रीमटेक बनाया है". ExtremeTech.
  9. ↑ "यह कंप्यूटर घड़ियाँ पानी की बूंदों का उपयोग करती हैं, एक ही समय में जानकारी और पदार्थ में हेरफेर करती हैं". ZME Science. 10 June 2015.
  10. ↑ Taylor Soper (30 September 2013). "Chemical computer: Researchers develop programming language to control DNA molecules". GeekWire.
  11. ↑ "यूडब्ल्यू इंजीनियरों ने सिंथेटिक डीएनए बनाने के लिए प्रोग्रामिंग भाषा का आविष्कार किया". washington.edu.
  12. ↑ US 9 582 771 
  13. ↑ Dueñas-Díez M, Pérez-Mercader J (2019). "How Chemistry Computes: Language Recognition by Non-Biochemical Chemical Automata. From Finite Automata to Turing Machines". iScience. 19: 514–526. Bibcode:2019iSci...19..514D. doi:10.1016/j.isci.2019.08.007. PMC 6710637. PMID 31442667.
  14. ↑ Parrilla-Gutierrez, Juan Manuel; Sharma, Abhishek; Tsuda, Soichiro; Cooper, Geoffrey J. T.; Aragon-Camarasa, Gerardo; Donkers, Kevin; Cronin, Leroy (2020). "मेमोरी और पैटर्न पहचान के साथ एक प्रोग्रामयोग्य रासायनिक कंप्यूटर". Nature Communications. 11 (1): 1442. Bibcode:2020NatCo..11.1442P. doi:10.1038/s41467-020-15190-3. PMC 7080730. PMID 32188858.
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