분자 컴퓨팅이란 무엇입니까?
분자 컴퓨팅은 계산 문제를 해결하는 수단으로 개별 원자 또는 분자를 사용하는 모든 계산 체계에 대한 일반적인 용어입니다. 분자 컴퓨팅은 DNA 컴퓨팅과 가장 관련이 있습니다. 왜냐하면 DNA 컴퓨팅이 가장 발전했기 때문이지만 양자 컴퓨팅 또는 분자 논리 게이트를 가리킬 수도 있습니다. 모든 형태의 분자 컴퓨팅은 현재 초기 단계에 있지만 장기적으로는 기존의 실리콘 컴퓨터를 대체 할 가능성이 높으며, 이는 더 높은 수준의 성능에 장애가됩니다.
1 킬로그램의 탄소에는 5 x 10 25 개의 원자가 들어 있습니다. 단일 비트를 저장하거나 계산 연산을 수행하기 위해 100 개의 원자 만 사용할 수 있다고 상상해보십시오. 대량 병렬 처리를 사용하면 킬로그램에 불과한 분자 컴퓨팅은 초당 약 1017 작업으로 작동하는 오늘날 최고의 슈퍼 컴퓨터보다 1010 배 이상 빠른 초당 1027 작업을 처리 할 수 있습니다. 훨씬 더 큰 계산 능력으로 오늘날 우리에게는 상상할 수없는 계산 및 시뮬레이션의 위업을 달성 할 수 있습니다.
분자 컴퓨터에 대한 제안은 운영 원리에 따라 다릅니다. DNA 컴퓨팅에서 DNA는 소프트웨어 역할을하고 효소는 하드웨어 역할을합니다. 맞춤형 합성 DNA 가닥은 시험관에서 효소와 결합되며, 생성 된 출력 가닥의 길이에 따라 용액을 유도 할 수 있습니다. DNA 계산은 그 잠재력이 매우 강력하지만 큰 단점이 있습니다. DNA 계산은 보편적이지 않으므로 원칙적으로는 해결할 수없는 문제가 있습니다. 계산 문제에 대한 예 또는 아니오의 대답 만 반환 할 수 있습니다. 2002 년 이스라엘의 연구원들은 당시 가장 빠른 PC 속도보다 100,000 배 이상 빠른 초당 330 조의 작동을 수행 할 수있는 DNA 컴퓨터를 만들었습니다.
분자 컴퓨팅에 대한 또 다른 제안은 양자 컴퓨팅입니다. 양자 컴퓨팅은 양자 효과를 이용하여 계산을 수행하며 세부 사항은 복잡합니다. 양자 컴퓨팅은 서로 얽힌 상태로 고정 된 과냉각 원자에 의존합니다. 주요 과제는 계산 요소 (큐 비트)의 수가 증가함에 따라 양자 컴퓨터를 외부의 물질로부터 절연시키는 것이 점차 어려워 져서 분리되어 양자 효과를 제거하고 컴퓨터를 고전적인 상태로 복원하는 것입니다. 이것은 계산을 망칩니다. 양자 컴퓨팅은 아직 실제 응용 분야로 개발 될 수 있지만 많은 물리학 자와 컴퓨터 과학자들은 여전히 회의적입니다.
더욱 진보 된 분자 컴퓨터는보다 통상적이고 보편적이며 제어 된 방식으로 처리를 수행하는 나노 스케일 로직 게이트 또는 나노 전자 구성 요소를 포함 할 것이다. 불행히도, 우리는 현재 그러한 컴퓨터를 제조하는 데 필요한 제조 능력이 부족합니다. 이러한 유형의 분자 컴퓨터를 실현하기 위해서는 각각의 원자를 원하는 구성으로 배치 할 수있는 나노 스케일 로봇이 필요하다. 이러한 유형의 로봇 공학을 개발하기위한 예비 노력이 진행 중이지만 주요한 혁신에는 수십 년이 걸릴 수 있습니다.