Qu'est-ce que l'informatique moléculaire?
L'informatique moléculaire est un terme générique désignant tout procédé de calcul qui utilise des atomes ou des molécules individuels pour résoudre des problèmes de calcul. L’informatique moléculaire est le plus souvent associée à l’informatique ADN, car c’est elle qui a le plus progressé, mais elle peut aussi faire référence à l’informatique quantique ou à des grilles de logique moléculaire. Toutes les formes de calcul moléculaire en sont encore à leurs balbutiements, mais elles remplaceront probablement à long terme les ordinateurs traditionnels en silicium, qui rencontrent des obstacles à des performances plus élevées.
Un seul kilogramme de carbone contient 5 x 10 25 atomes. Imaginez si nous ne pouvions utiliser que 100 atomes pour stocker un seul bit ou effectuer une opération de calcul. En utilisant un parallélisme massif, un calcul moléculaire pesant à peine un kilogramme pourrait traiter plus de 10 27 opérations par seconde, soit plus d’un milliard de fois plus rapide que le meilleur supercalculateur actuel, qui fonctionne à environ 10 17 opérations par seconde. Avec une telle puissance de calcul, nous pourrions réaliser des exploits de calcul et de simulation inimaginables pour nous aujourd'hui.
Différentes propositions d’ordinateurs moléculaires diffèrent par leurs principes de fonctionnement. Dans l'ADN informatique, l'ADN sert de logiciel alors que les enzymes servent de matériel. Les brins d'ADN synthétisés sur mesure sont combinés avec des enzymes dans un tube à essai et, en fonction de la longueur du brin de sortie obtenu, une solution peut être obtenue. Le potentiel de calcul de l'ADN est extrêmement puissant, mais il présente des inconvénients majeurs. Le calcul de l'ADN n'est pas universel, ce qui signifie qu'il existe des problèmes qu'il ne peut pas, même en principe, résoudre. Il ne peut que renvoyer des réponses par oui ou par non à des problèmes de calcul. En 2002, des chercheurs israéliens ont créé un ordinateur à ADN capable d'effectuer 330 000 milliards d'opérations par seconde, soit plus de 100 000 fois plus rapide que le PC le plus rapide du moment.
Une autre proposition pour l'informatique moléculaire est l'informatique quantique. L'informatique quantique tire parti des effets quantiques pour effectuer des calculs, et les détails sont compliqués. L'informatique quantique dépend d'atomes en surfusion bloqués dans des états enchevêtrés les uns avec les autres. Un défi majeur est que, à mesure que le nombre d'éléments de calcul (qubits) augmente, il devient de plus en plus difficile d'isoler l'ordinateur quantique de la matière à l'extérieur, ce qui entraîne sa décohérence, éliminant les effets quantiques et rétablissant l'ordinateur à un état classique. Cela ruine le calcul. L'informatique quantique est peut-être encore développée en applications pratiques, mais de nombreux physiciens et informaticiens restent sceptiques.
Un ordinateur moléculaire encore plus avancé impliquerait des portes logiques nanométriques ou des composants nanoélectroniques conduisant le traitement de manière plus conventionnelle, universelle et contrôlée. Malheureusement, nous n’avons actuellement pas la capacité de fabrication nécessaire pour fabriquer un tel ordinateur. Une robotique à l'échelle nanométrique capable de placer chaque atome dans la configuration souhaitée serait nécessaire pour réaliser ce type d'ordinateur moléculaire. Les efforts préliminaires pour développer ce type de robotique sont en cours, mais une avancée majeure pourrait prendre des décennies.