Co je to molekulární výpočet?
Molekulární výpočet je obecný pojem pro jakékoli výpočetní schéma, které používá jednotlivé atomy nebo molekuly jako prostředek k řešení výpočetních problémů. Molekulární výpočet je nejčastěji spojen s výpočtem DNA, protože to dosáhlo největšího pokroku, ale může také odkazovat na kvantové výpočty nebo brány molekulární logiky. Všechny formy molekulárních výpočtů jsou v současné době v plenkách, ale z dlouhodobého hlediska pravděpodobně nahradí tradiční křemíkové počítače, které trpí překážkami vyšší úrovně výkonu.
Jeden kilogram uhlíku obsahuje 5 x 10 25 atomů. Představte si, že bychom mohli použít jen 100 atomů k uložení jednoho kousku nebo k provedení výpočetní operace. Při použití masivního paralelismu by molekulární počítač s hmotností jen kilogram mohl zpracovat více než 10 27 operací za sekundu, více než miliardkrát rychleji než dnešní nejlepší superpočítač, který pracuje při asi 10 17 operacích za sekundu. S mnohem větší výpočetní silou bychom mohli dosáhnout prvků výpočtu a simulace, které pro nás dnes nelze představit.
Různé návrhy na molekulární počítače se liší v principech jejich fungování. V DNA computingu slouží DNA jako software, zatímco enzymy slouží jako hardware. Vlastně syntetizované řetězce DNA jsou kombinovány s enzymy ve zkumavce a v závislosti na délce výsledného výstupního řetězce může být získán roztok. Výpočet DNA je ve svém potenciálu nesmírně silný, ale trpí hlavními nevýhodami. Výpočet DNA je neuniverzální, což znamená, že existují problémy, které nemůže ani v zásadě vyřešit. To může vrátit pouze ano-nebo-ne odpovědi na výpočetní problémy. V roce 2002 vědci v Izraeli vytvořili počítač DNA, který dokázal provádět 330 bilionů operací za sekundu, což je více než 100 000krát rychlejší než rychlost nejrychlejšího počítače v té době.
Další návrh na molekulární výpočet je kvantové zpracování. Kvantové výpočty využívají kvantové efekty k výpočtu a detaily jsou komplikované. Kvantové výpočty závisí na superchlazených atomech, které jsou vzájemně zamčeny v zamotaných stavech. Hlavní výzva spočívá v tom, že se zvyšujícím se počtem výpočetních prvků (qubits) je stále obtížnější izolovat kvantový počítač od hmoty na vnější straně, což způsobí jeho dekódování, eliminování kvantových efektů a navrácení počítače do klasického stavu. To ruší výpočet. Kvantové výpočty mohou být vyvinuty do praktických aplikací, ale mnoho fyziků a počítačových vědců zůstává skeptických.
Ještě vyspělejší molekulární počítač by zahrnoval logické brány v nanoměřítku nebo nanoelektronické komponenty provádějící zpracování konvenčnějším, univerzálním a kontrolovaným způsobem. Bohužel v současné době nám chybí výrobní kapacita nezbytná pro výrobu takového počítače. K realizaci tohoto typu molekulárního počítače by byla nutná robotická nanosvaha schopná umístit každý atom do požadované konfigurace. Předběžné úsilí o vývoj tohoto typu robotiky probíhá, ale velký průlom by mohl trvat desetiletí.