Moleküler Hesaplama Nedir?

Moleküler hesaplama, hesaplama problemlerini çözmenin bir aracı olarak tek tek atomları veya molekülleri kullanan herhangi bir hesaplama şeması için genel bir terimdir. Moleküler hesaplama en sık DNA hesaplamalarıyla ilişkilidir, çünkü bu en fazla ilerlemeyi kaydetti, ancak kuantum hesaplama veya moleküler mantık geçitlerini de ifade edebilir. Tüm moleküler hesaplama biçimleri şu anda başlangıç ​​aşamasındadır, ancak uzun vadede daha yüksek performans seviyelerine engel oluşturan geleneksel silikon bilgisayarların yerine geçme olasılığı yüksektir.

Tek bir kilogram karbon 5 x 10 ²⁵ atom içerir. Tek bir bit depolamak veya hesaplamalı bir işlem yapmak için sadece 100 atom kullanabileceğimizi hayal edin. Büyük paralellik kullanarak, sadece bir kilogram ağırlığındaki bir moleküler hesaplama, saniyede 10 ²⁷ işlemi, saniyede 10 ¹⁷ operasyonda çalışan, bugünün en iyi süper bilgisayarından milyarlarca kat daha hızlı işleyebilir. Çok daha fazla hesaplama gücü sayesinde, bugün bize düşünülemeyen hesaplama ve simülasyon özelliklerine ulaşabiliriz.

Moleküler bilgisayarlar için farklı teklifler çalışma prensiplerine göre değişir. DNA hesaplamada, DNA yazılım olarak görev yapar, enzimler ise donanım olarak görev yapar. Özel olarak sentezlenmiş DNA iplikçikleri, bir test tüpündeki enzimlerle birleştirilir ve elde edilen çıktı dizisinin uzunluğuna bağlı olarak bir çözelti elde edilebilir. DNA hesaplaması potansiyelinde son derece güçlüdür, ancak büyük dezavantajları vardır. DNA hesaplaması evrensel değildir, yani ilke olarak çözemediği sorunların olduğu anlamına gelir. Hesaplamalı problemlere sadece evet-hayır-cevapları verebilir. 2002'de, İsrail'deki araştırmacılar, saniyede 330 trilyon işlem gerçekleştirebilen ve o sırada en hızlı bilgisayarın hızından 100.000 kat daha hızlı bir DNA bilgisayarı yarattılar.

Moleküler hesaplama için başka bir teklif kuantum hesaplamadır. Kuantum hesaplama, hesaplama yapmak için kuantum efektlerinden yararlanır ve ayrıntılar karmaşıktır. Kuantum hesaplama birbiriyle dolaşmış halde kilitli süper soğutulmuş atomlara bağlıdır. En büyük zorluk, hesaplama öğelerinin (litre sayısı) arttıkça, kuantum bilgisayarını dışarıdan maddeden izole etmek, parçalanmasına, kuantum etkilerini ortadan kaldırmak ve bilgisayarı klasik duruma geri döndürmek için giderek zorlaşır. Bu hesaplamayı mahveder. Kuantum hesaplama henüz pratik uygulamalara dönüştürülebilir, ancak birçok fizikçi ve bilgisayar bilimcisi şüpheci olmaya devam ediyor.

Daha da gelişmiş bir moleküler bilgisayar, işlemeyi daha geleneksel, evrensel ve kontrollü bir şekilde yapan nano ölçekli mantık geçitlerini veya nanoelektronik bileşenleri içerecektir. Ne yazık ki, şu anda böyle bir bilgisayarı üretmek için gerekli olan üretim kapasitesinden yoksundur. Bu tip bir moleküler bilgisayarın gerçekleştirilmesi için her bir atomu istenen konfigürasyona yerleştirebilen nano ölçekli robotlar gerekli olacaktır. Bu tür robotikleri geliştirmek için ön çabalar devam etmektedir, ancak büyük bir atılım on yıllar alabilir.