科学家指出，普通计算机的微型化已接近极限，纳米级DNA计算机将成为其有力的竞争对手，而后者的运算速度也可望大大超越普通计算机。DNA计算机目前只具雏形，无法马上投入实际应用，但经过进一步开发研制后，这种计算机将有很广阔的应用范围。例如作为监视装置植入人体细胞，当检测到潜在的病变时自动合成有针对性的药物予以治疗；DNA计算机还能以并行而非顺序的方式筛选．DNA资料库，从而大大提高检索效率。
3．机械式纳米计算机。
这种纳米计算机类似于微型马达，利用分子大小的活动连杆和分子大小的绕轴承旋转的齿轮进行计算。科学家们认为可以用机械拼合过程，将原子或分子积木式地逐个安放来组装成微型机械系统。一旦组装成功，它们就能像一个极度缩小的、可复杂编程的机械计算器那样对比特信息进行运算。
不过，目前要制作这样的系统还有许多困难。即使可用扫描隧道显微镜缓慢地逐个地将原子或分子亚单元装配成这些手工式部件，那也是极为繁琐的。要大量、可靠地制作，将会遇到更多的困难。随着能平行地构建许多纳米级元件的扫描隧道显微镜阵列的改进和完善，这些问题可能会逐渐地得到解决。
此外，某些有选择的化学反应和化学自结合方式也可能有助于实现这种机械纳米计算机。
4．量子计算机。
量子计算机的概念始于20世纪80年代早、中期，当时的科学家也曾有一些具体建议和想法，但实现起来难度太大。然而科学家们认为，进入纳米级体系，量子效应开始发挥作用，充分利用量子机理将会对计算技术带来重大的变革。
以原子或分子为基本结构的量子计算中心存储信息是基于量子单位，即利用处于量子状态的粒子的向上或向下自旋来分别代表0和1。因此，量子计算机可以不像常规计算机那样按顺序把所有的数相加，而是同时完成所有数值的相加。这使量子计算机有着惊人的计算速度，使用数百个串接原子组成的量子计算机可以同时进行几十亿次的计算。
日本电报电话公司和日本电机公司联手，计划用5年时间研究开发量子计算机的基本原件，企图在这个高技术领域占据领先地位。尽管目前还处于基础研究阶段，但是他们认为2010年前后就可能达到实用化阶段。
谁将终结硅芯片电脑
“芯片巨人”英特尔公司已经推出30纳米晶体管，这一惊人之举将使电脑的速度同时也把传统硅芯片推人尴尬境地，因为硅芯片离其物理极限更近了。
1965年，年轻的科学家、美国半导体公司研究部主任戈登·摩尔大胆预言：新技术新工艺将不断提高芯片的集成密度和运行程度，大约每隔一年(1975年修正为每隔18个月)，芯片中晶体管的集成数将翻一番，微处理器的速度将提高一倍。
摩尔预测的芯片内晶体管数量的这种呈指数增长的规律，后来被人们奉之为摩尔定律。
当时戈登·摩尔的预测并没有引起大家的注意，然而随着时间的流逝，电子工业的发展印证了他的预言是那样的准确。短短几十年，硅芯片走过一条高速成长之路。
1965年，世界上最复杂的芯片可以集成64个晶体管，1982年的80286发展到10万个，1993年的奔腾芯片增长到300万个，1999年的奔腾Ⅲ已经增长到950万个。最近推出的“奔腾4”芯片已含有4200万个晶体管，而新问世的30纳米晶体管技术将使硅芯片可以容纳4亿个晶体管。2010年集成度将达到10亿个。但这种增长不可能永远持续下去。英特尔公司工程师保罗·帕肯去年就在《科学》杂志上敲响警钟，认为硅芯片技术10年后将走到尽头。
谁会成为传统硅芯片电脑的终结者？目前科学家看好光电脑、生物电脑和量子电脑，其中又以量子电脑呼声最高。
何谓量子电脑？量子又是什么？
量子是物质世界最小的能量单位，在更为微观空间里进行量子运算，会在速度上远远超过电子计算机。资料显示，量子计算方式仅需几分钟时间，就能完成当今超级计算机需要几万年才能完成的运算。
所谓量子电脑，是指组成电脑硬件的各种元件达到原子级尺寸，其体积不到现在同类元件的1％，因此量子电脑可以做得非常小。
中国科技大学量子电脑研究计划学术带头人郭光灿将量子形容为一种“玄而又玄”的东西。他比喻说，如果一只老鼠准备绕过一只猫，根据经典物理理论，它要么从左边、要么从右边穿过。而按量子理论，它可以同时从猫的左边和右边穿过。
量子这种常人难以理解的特性使得具有5000个量子单位的量子电脑，可在约30秒内解决传统超级计算机要100亿年才能解决的大数因子分解问题。由于意识到量子电脑问世后将对电脑及网络安全构成巨大冲击，美国情报机构正在密切关注量子电脑的进展。
不少国家从国家利益出发，正在量子电脑研究领域展开激烈角逐。以日本为例，日本邮政省今年决定增加量子信息技术的研究投入，预计今后10年将达到400亿日元。按照邮政省的预计，量子信息技术将在2030年步人实用化阶段。
量子计算机的心脏——处理器，可能要用5年时间开发成功。世界上第一台量子计算机，有望在10年内诞生。虽然量子电脑距离实用化还有很长的一段路要走，但它取代硅芯片电脑可能只是时间问题。
单电子纳米开关
在普通的硅芯片半导体电路中，微晶体二极管通过电路的接通和断开代表二进制中的“1”和“0”，实现这样一个过程大约需要10万个电子。而德国科学家在研究中发现，由55个金原子在平面分布形成的所谓“纳米簇”可以达到同样的功能，而且实现电路的接通和断开只需要一个电子。
早先德国科学家在钯原子组成的“纳米簇”中也发现了类似的现象，当把“纳米簇”置于两个铂电极之中并加以特定电压时，只要有一个电子就可以实现晶体二极管的特性。
这一项目的研究者之一埃森大学的京特·施米特教授认为，单电子的纳米开关电路具有极其重要的实践意义，它可能成为未来更小、更精确和能耗更低的芯片的基础。他说，目前全世界计算机超过1亿台，如果以每台计算机功率100瓦计算，那么单为计算机供电就需要10兆千瓦发电量。如果单电子纳米开关电路成为芯片的生产标准，仅在能耗上就可以降至目前的1％，更不用说单电子开关在速度和准确性方面的突破。
纳米技术将使网络下载硬件成为可能
物质将成为软件。不是印错了，确实是“物质将成为软件”。其结果是，我们将不仅能够利用因特网下载软件，还能下载硬件。以上是迈特公司(Mitre)纳米技术权威詹姆斯·埃伦博根作出的预测。该公司是五角大楼资助的、设在弗吉尼亚州麦克莱思的一家研究中心。
埃伦博根对他提出的物质变软件的景象作了引人人胜的解释：“人们可以想一想当今下载软件是什么情形，是以改变分子团磁性特征的方式重置磁盘的物质结构。如果计算机的内容不超过分子团的体积，就可以通过重新排列磁盘上的分子制造芯片。”
埃伦博根说，研究人员已经忙于研制体积只有针头大小的计算机，“这种纳米计算机的各个部件比我们现今用于在磁盘驱动器上装载信息的物理结构小得多。因此，在不久的将来，我们将能够像今天下载软件一样从网络里下载硬件”。
（十二）纳米技术与环境
纳米技术在治理有害气体方面的应用
大气污染一直是各国政府需要解决的难题，空气中超标的二氧化硫(SO2)、一氧化碳(CO)和氮氧化物(NOC)是影响人类健康的有害气体，纳米材料和纳米技术的应用能够最终解决产生这些气体的污染源问题。
纳米钛酸钴(COTiO3)是一种非常好的石油脱硫催化剂。以55～70mm的钛酸钴半径作为催化活体多孔硅胶或A1203陶瓷作为载体的催化剂，其催化效率极高。经它催化的石油中硫的含量小于0.01％，达到国际标准。工业生产中使用的煤燃烧也会产生SO2气体，如果在燃烧的同时加入一种纳米级助烧催化剂不仅可以使煤充分燃烧，提高能源利用率，而且会使硫转化成固体的硫化物，而不产生二氧化硫气体，从而杜绝有害气体的产生。
最新研究成果表明，复合稀土化物的纳米级粉体有极强的氧化还原性能，这是其他任何汽车尾气净化催化剂所不能比拟的。新一代的纳米催化剂，将在汽车发动机汽缸里发挥催化作用，使汽油在燃烧时就不产生CO和NOx，无需进行尾气净化处理。
纳米技术在污水处理方面的应用
污水中通常含有有毒有害物质、悬浮物、泥沙、铁锈、异味污染物、细菌病毒等。污水治理就是将这些物质从水中去除。由于传统的水处理方法效率低、成本高、存在二次污染等问题，污水治理一直得不到很好解决。纳米技术的发展和应用很可能彻底解决这一难题。
污水中的贵金属是对人体极其有害的物质。它从污水中流失，也是资源的浪费。纳米技术可以将污水中的贵金属如金、钌、钯、铂等完全提炼出来，变害为宝。一种新型的纳米级净水剂具有很强的吸附能力。它的吸附能力和絮凝能力是普通净水剂三氯化铝的10—20倍。因此它能将污水中悬浮物完全吸附并沉淀下来，先使水中不含悬浮物，然后采用纳米磁性物质、纤维和活性炭等净化装置，能有效地除去水中的铁锈、泥沙以及异味等污染物。经前二道净化工序后，水体清澈，没有异味，口感也较好。再经过带有纳米孔径的特殊水处理膜和带有不同纳米孔径的陶瓷小球组装的处理装置后，可以将水中的细菌、病毒100％去除，得到高质量的纯净水，完全可以直接饮用。这是因为细菌、病毒的直径比纳米大，在通过纳米孔径的膜和陶瓷小球时，就会被过滤掉，水分子及水分子直径以下的矿物质、元素则保留下来。
该技术在医学领域血透中已开始应用，有“体外肾脏”之称。肝、肾功能衰竭者饮用这种水后，会大大减轻肝、肾脏的负担。
（十三）纳米技术与农业
在21世纪，以微生物技术、酶技术、细胞技术、基因技术为主导的新型纳米农业生产体系将形成，微生物工业产业将兴起。与此同时，农业也将自觉地应用科学技术来发展生产力，纳米技术在农业上的应用将最直接地显示出纳米技术对人类生活的革命性的影响。
智能机械虫。这种机械虫是一个形状类似于整个昆虫的微型装置。它“混迹”于昆虫当中，不仅可以预报虫害情况，还可以杀死大量害虫。
目前，科学家正在做这方面的研究。美国一家研究所正在利用纳米技术对“杀人蜂”进行研究。他们在“杀人蜂”的背部粘上一个微芯片和一个红外线发射器，然后把它释放到蜂群中去。由于这种蜂能侵害普通蜜蜂，所以科学家凭其背上发出的信号，在了解它的习性后，作出相应的对策，以阻止它们的迁移，或者一旦迁移，让智能机械虫杀死它们。
生物技术。生物技术被认为是21世纪的主导技术。生物工程将解决人类所面临的环境、资源、人口、能源、粮食等危机。
生物工程真正能应用于工业化生产的，主要还是微生物工程。基因工程、细胞工程、酶工程、单克隆抗体和生物能量转化等高科技成果，也往往通过微生物才能转化为生产力，因为微生物的表面积与体积之比、转化能力、繁殖速度、变异与适应能力等都高于其他生物。
在适宜的条件下，细菌20分钟即可繁殖一代，24小时后，一个细胞可繁殖成4万亿个细胞。微生物也就是纳米级生物。微生物工程有节能、不污染环境等多种优点。
纳米技术在很多方面对农业起到直接的促进作用，例如经过设计的生物降解化学制品用于植物的培养和防虫；动植物的基因改变；对动物进行基因和药物传导等等。
（十四）碳纳米管
拥有众多奇特性能的碳纳米管，近年来受到科学界的普遍青睐。
碳纳米管，是由石墨碳原子层卷曲而成的碳管，管直径一般为几个纳米到几十个纳米，管壁厚度仅为几个纳米，像铁丝网卷成的一个空心圆柱状“笼形管”。它非常微小，5万个碳纳米管并排起来才有人的一根头发丝粗，实际上是长度和直径之比很高的纤维。
作为石墨、金刚石等碳晶体家族的新成员，碳纳米管韧性很高，导电性极强，场发射性能优良，兼具金属性和半导体性，强度比钢高100倍，比重只有钢的1/6。因为性能奇特，被科学家称为未来的“超级纤维”。
虽然成分和石墨一样，但碳纳米管潜在用途十分诱人：可制成极好的微细探针和导线、性能颇佳的加强材料、理想的储氢材料。它使壁挂电视进一步成为可能，并在将来可能替代硅芯片的纳米芯片和纳米电子学中扮演极重要的角色，从而引发计算机行业革命。
碳纳米管在纳米世界中是重要一员。在纳米材料中，包括碳纳米管、碳纳米纤维在内的碳纳米材料一直是近年来国际科学的前沿领域之一。从近期美国《科学索引》核心期刊发表的和碳纳米管有关论文数看，我国排在美、日之后位居世界第三。
碳纳米管的发展历程如下：
1991年，日本科学家发现碳纳米管；
1992年，科研人员发现碳纳米管随管壁曲卷结构不同而呈现出半导体或良导体的特异导电性；
1995年，科学家研究并证实了其优良的场发射性能；
1996年，我国科学家实现碳纳米管大面积定向生长：
1998年，科研人员应用碳纳米管作电子管阴极；
1998年，科学家使用碳纳米管制作室温工作的场效应晶体管；
1999年，韩国一个研究小组制成碳纳米管阴极彩色显示器样管；
2000年，日本科学家制成高亮度的碳纳米管场发射显示器样管。
2003年5月，日本信州大学和三井物产下属的CNRI子公司研制成功目前世界直径最小的碳纳米管，其直径只有0.4纳米。
碳纳米管有着广泛的用途。
能称病毒重量的秤。1999年，美国乔治亚理工学院王中森教授等人利用碳纳米管发明了纳米秤，这种纳米秤能够称出一个石墨微粒的重量，并预言可以用它来称取病毒的重量。纳米秤的发明对已经进入分子水平的生物学和医学研究将产生巨大的推动作用，是碳纳米管在微观领域应用的一个突破。
碳纳米管制成的“绳子”。科学家利用奇妙的手段，将亚微观级的碳纳米管制成了一种用途极大的线装物，即所渭的碳性绳子。也许不久之后，这种珍贵的细线就被制成储能防弹背心穿在士兵们身上，或者被制成用来连接地球和卫星的轻型电缆。
