Логические вентили, основные элементы цифрового мира, теперь могут быть построены с использованием одной-единственной молекулы. Примером является XOR с двумя входами. Если хотя бы один из них равен «1», то и на выходе будет «1»; в противном случае это 0. Эти логические элементы имеют размеры менее 2 нанометров. Они основаны на одноэлектронных транзисторах, способных собираться и организовываться на поверхности. Молекулярная логика не только уменьшает размеры чипа и снижает энергопотребление, но и может иметь сходство с тем, как мозг обрабатывает сигналы, говорит профессор Кристиан Найхуис, опубликовавший свои результаты в Advanced Materials.

Молекулы работают как все логические вентили — И, исключающее ИЛИ, ИЛИ, НЕ-И, ИЛИ-НЕ, INT и исключающее ИЛИ. Это все схемы с двумя входами и одним выходом. Выходной сигнал будет 1 или 0 на основе обоих входов и логического расчета. В современной электронике эти затворы уже малы: в среднем они состоят из трех транзисторов. В новейших технологиях микросхем транзистор обычно имеет размер 5 нанометров. Последние модели смартфонов имеют на борту сотни миллионов логических элементов . Одноэлектронные транзисторы не только меньше, но и потребляют меньше энергии . Оба представляют собой узкие места в дальнейшей миниатюризации. С другой стороны, сегодняшнее производство чипов — это зрелый производственный процесс, который может иметь дело с чрезвычайной сложностью.

Одноэлектронные логические калькуляторы (SELC) построены из молекул, перекрывающих промежуток между двумя золотыми электродами. Слой материала имеет толщину в одну молекулу . Он функционирует благодаря квантовому эффекту, называемому кулоновской блокадой. В зависимости от напряжения электрон будет останавливаться или проходить через молекулу. Поскольку эффект в основном зависит от импульсов напряжения, а не от постоянного электрического тока, потребление очень низкое.