Cos'è il calcolo molecolare?

Il calcolo molecolare è un termine generico per qualsiasi schema computazionale che utilizza singoli atomi o molecole come mezzo per risolvere i problemi computazionali. Il calcolo molecolare è più frequentemente associato al calcolo del DNA, perché ciò ha reso più progressi, ma può anche riferirsi al calcolo quantistico o alle porte logiche molecolari. Tutte le forme di calcolo molecolare sono attualmente agli inizi, ma a lungo termine sostituiranno i tradizionali computer di silicio, che subiscono barriere a livelli più elevati di prestazioni.

Un singolo chilogrammo di carbonio contiene atomi 5 x 10 25 . Immagina se potessimo usare solo 100 atomi per archiviare un singolo bit o eseguire un'operazione computazionale. Utilizzando un enorme parallelismo, un calcolo molecolare che pesa solo un chilogrammo potrebbe elaborare più di 10 operazioni ^{27 al secondo, più di un miliardo di volte più velocemente del miglior supercomputer di oggi, che opera a circa 10 17 operazioni al secondo. Con così molto più grande computPotenza azionale, potremmo ottenere talenti di calcolo e simulazione inimmaginabili per noi oggi.}

proposte diverse per i computer molecolari variano nei principi del loro funzionamento. Nel calcolo del DNA, il DNA funge da software mentre gli enzimi fungono da hardware. I fili di DNA personalizzati personalizzati sono combinati con enzimi in un tubo di prova e, a seconda della lunghezza del filo di uscita risultante, è possibile derivare una soluzione. Il calcolo del DNA è estremamente potente nel suo potenziale, ma soffre di importanti svantaggi. Il calcolo del DNA non è universale, il che significa che ci sono problemi che non può, anche in linea di principio, risolvere. Può restituire solo le risposte sì-o-no ai problemi computazionali. Nel 2002, i ricercatori in Israele hanno creato un computer DNA che potrebbe eseguire 330 trilioni di operazioni al secondo, più di 100.000 volte più veloce della velocità del PC più veloce al momento.

un'altra proposta per mIl calcolo olecolare è calcolo quantistico. Il calcolo quantistico sfrutta gli effetti quantistici per eseguire il calcolo e i dettagli sono complicati. Il calcolo quantistico dipende dagli atomi super raffreddati bloccati in stati intrecciati tra loro. Una grande sfida è che all'aumentare del numero di elementi computazionali (qubit), diventa progressivamente più difficile isolare il computer quantistico dalla materia all'esterno, causando il decohere, eliminando gli effetti quantistici e ripristinando il computer a uno stato classico. Questo rovina il calcolo. Il calcolo quantistico può ancora essere sviluppato in applicazioni pratiche, ma molti fisici e informatici rimangono scettici.

Un computer molecolare ancora più avanzato coinvolgerebbe porte logiche nanoscale o componenti nanoelettronici che conducono l'elaborazione in modo più convenzionale, universale e controllato. Sfortunatamente, attualmente ci manca la capacità di produzione necessaria per fabbricare un tale computer. NanoscAle Robotics in grado di posizionare ciascun atomo nella configurazione desiderata sarebbe necessario per realizzare questo tipo di computer molecolare. Sono in corso gli sforzi preliminari per sviluppare questo tipo di robotica, ma una svolta importante potrebbe richiedere decenni.