Hvad er molekylær computing?

Molekylær computing er en generisk betegnelse for ethvert computerskema, der bruger individuelle atomer eller molekyler som et middel til at løse beregningsproblemer.Molekylær computing er hyppigst forbundet med DNA -computing, fordi det har gjort mest fremskridt, men det kan også henvise til kvanteberegning eller molekylær logikporte.Alle former for molekylær computing er i øjeblikket i deres spædbarn, men på lang sigt vil sandsynligvis erstatte traditionelle siliciumcomputere, der lider af barrierer for højere ydeevne.

Et enkelt kilo kulstof indeholder 5 x 10 ²⁵ atomer.Forestil dig, hvis vi kun kunne bruge 100 atomer til at gemme en enkelt bit eller udføre en beregning af operation.Ved hjælp af massiv parallelisme kunne en molekylær computing, der vejer kun et kilogram, behandle mere end 10 ²⁷ operationer pr. Sekund, mere end en milliard gange hurtigere end dagens bedste supercomputer, der fungerer til ca. 10 ¹⁷ operationer pr. Sekund.Med så meget større beregningsstyrke kunne vi opnå feats af beregning og simulering, der ikke kan forestilles os i dag.

Forskellige forslag til molekylære computere varierer i principperne i deres drift.I DNA -computing fungerer DNA som softwaren, mens enzymer fungerer som hardware.Tilpassede syntetiserede DNA-strenge kombineres med enzymer i et reagensglas, og afhængigt af længden af den resulterende udgangsstreng kan en opløsning udledes.DNA -beregning er ekstremt kraftig i sit potentiale, men lider af større ulemper.DNA-beregning er ikke-universel, hvilket betyder, at der er problemer, som den ikke i princippet ikke i princippet kan løse.Det kan kun returnere ja-eller-ingen svar på beregningsproblemer.I 2002 oprettede forskere i Israel en DNA -computer, der kunne udføre 330 billioner operationer pr. Sekund, mere end 100.000 gange hurtigere end hastigheden på den hurtigste pc på det tidspunkt.

Et andet forslag til molekylær computing er kvanteberegning.Quantum computing drager fordel af kvanteeffekter for at udføre beregning, og detaljerne er komplicerede.Quantum Computing afhænger af superkølede atomer, der er låst i sammenfiltrede tilstande med hinanden.En stor udfordring er, at når antallet af beregningselementer (qubits) stiger, bliver det gradvist vanskeligere at isolere kvantecomputeren fra stof på ydersiden, hvilket får den til at decohere, eliminere kvanteeffekter og gendanne computeren til en klassisk tilstand.Dette ødelægger beregningen.Kvanteberegning kan endnu udvikles til praktiske anvendelser, men mange fysikere og computerforskere forbliver skeptiske.

En endnu mere avanceret molekylær computer vil involvere nanoskala -logikporte eller nanoelektroniske komponenter, der udfører behandling på en mere konventionel, universel og kontrolleret måde.Desværre mangler vi i øjeblikket den fremstillingsevne, der er nødvendig for at fremstille en sådan computer.Nanoskala robotik, der er i stand til at placere hvert atom i den ønskede konfiguration, ville være nødvendig for at realisere denne type molekylær computer.Foreløbige bestræbelser på at udvikle denne type robotik er i gang, men et stort gennembrud kan tage årtier.