Vad är molekylär datoranvändning?

molekylär datoranvändning är en generisk term för alla beräkningsschema som använder individuella atomer eller molekyler som ett sätt att lösa beräkningsproblem. Molekylär datoranvändning är oftast associerad med DNA -dator, eftersom det har gjort mest framsteg, men det kan också hänvisa till kvantdatorer eller molekylära logikgrindar. Alla former av molekylär datoranvändning är för närvarande i sin barndom, men på lång sikt kommer sannolikt att ersätta traditionella kiseldatorer, som lider av hinder för högre prestanda.

Ett kilo kol innehåller 5 x 10 ²⁵ atomer. Föreställ dig om vi bara kunde använda 100 atomer för att lagra en enda bit eller utföra en beräkningsoperation. Med hjälp av massiv parallellism kunde en molekylär dator som väger bara ett kilogram bearbeta mer än 10 ²⁷ operationer per sekund, mer än en miljard gånger snabbare än dagens bästa superdator, som arbetar med cirka 10 ¹⁷ -operationer per sekund. Med så mycket större datorationell kraft, vi kunde uppnå feats av beräkning och simulering som inte kan tänkas för oss idag.

Olika förslag för molekylära datorer varierar i principerna för deras operation. I DNA -datoranvändning fungerar DNA som programvaran medan enzymer fungerar som hårdvaran. Anpassade-syntetiserade DNA-strängar kombineras med enzymer i ett provrör, och beroende på längden på den resulterande utgångssträngen kan en lösning härledas. DNA -beräkning är extremt kraftfull i sin potential, men lider av stora nackdelar. DNA-beräkning är icke-universell, vilket innebär att det finns problem som det inte kan, även i princip, lösa. Det kan bara returnera ja-eller-inga svar på beräkningsproblem. År 2002 skapade forskare i Israel en DNA -dator som kunde utföra 330 biljoner operationer per sekund, mer än 100 000 gånger snabbare än hastigheten på den snabbaste PC vid den tiden.

Ett annat förslag för MOlecular Computing är kvantberäkning. Kvantberäkning drar nytta av kvanteffekter för att utföra beräkning, och detaljerna är komplicerade. Kvantberäkning beror på superkylda atomer inlåsta i intrasslade tillstånd med varandra. En stor utmaning är att när antalet beräkningselement (qubits) ökar blir det gradvis svårare att isolera kvantdatorn från materien på utsidan, vilket får den att decohere, eliminera kvanteffekter och återställa datorn till ett klassiskt tillstånd. Detta förstör beräkningen. Kvantberäkning kan ännu utvecklas till praktiska tillämpningar, men många fysiker och datavetare förblir skeptiska.

En ännu mer avancerad molekylär dator skulle involvera nanoskala logikgrindar eller nanoelektroniska komponenter som utför bearbetning på ett mer konventionellt, universellt och kontrollerat sätt. Tyvärr saknar vi för närvarande den tillverkningsförmåga som krävs för att tillverka en sådan dator. NanoscALE -robotik som kan placera varje atom i önskad konfiguration skulle vara nödvändig för att inse denna typ av molekylär dator. Preliminära ansträngningar för att utveckla denna typ av robotik pågår, men ett stort genombrott kan ta decennier.