Was ist molekulares Computing?

Molecular Computing ist ein generischer Begriff für jedes Rechenschema, das einzelne Atome oder Moleküle als Mittel zur Lösung von Rechenproblemen verwendet.Das molekulare Computing ist am häufigsten mit DNA -Computing verbunden, da dies den größten Fortschritt erzielt hat, aber auch auf Quantencomputer- oder molekulare Logik -Gates verweisen kann.Alle Formen des molekularen Computers stehen derzeit in den Kinderschuhen, ersetzen jedoch auf lange Sicht wahrscheinlich herkömmliche Siliziumcomputer, die Hindernisse für höhere Leistungsniveaus erleiden.

Ein einzelnes Kilogramm Kohlenstoff enthält 5 x 10 ²⁵ Atome.Stellen Sie sich vor, wir könnten nur 100 Atome verwenden, um ein einziges Bit zu speichern oder einen Rechenbetrieb auszuführen.Mit einer massiven Parallelität könnte ein molekulares Computing mit einem Kilogramm mehr als 10 ²⁷ Operationen pro Sekunde verarbeiten, mehr als eine Milliarden Mal schneller als der heutige beste Supercomputer, der bei etwa 10 ¹⁷ Operationen pro Sekunde arbeitet.Mit so viel größerer Rechenleistung könnten wir uns heute unvorstellbar für die Berechnung und Simulation erzielen.In DNA Computing dient DNA als Software, während Enzyme als Hardware dienen.Custom-synthetisierte DNA-Stränge werden mit Enzymen in einem Reagenzglas kombiniert, und abhängig von der Länge des resultierenden Ausgangsstrangs kann eine Lösung abgeleitet werden.Die DNA -Berechnung ist in ihrem Potenzial äußerst leistungsfähig, leidet jedoch unter großen Nachteilen.Die DNA-Berechnung ist nicht universell, was bedeutet, dass es Probleme gibt, die sie auch im Prinzip nicht lösen können.Es kann nur Ja-oder-Nein-Antworten auf Rechenprobleme zurückgeben.Im Jahr 2002 erstellten Forscher in Israel einen DNA -Computer, der 330 Billionen Operationen pro Sekunde ausführen konnte, mehr als 100.000 -mal schneller als die Geschwindigkeit des schnellsten PCs zu diesem Zeitpunkt.

Ein weiterer Vorschlag für das molekulare Computer ist das Quantum Computing.Quantum Computing nutzt Quanteneffekte, um die Berechnung durchzuführen, und die Details sind kompliziert.Das Quantencomputer hängt von unterkühlten Atomen ab, die in verwickelten Zuständen miteinander eingesperrt sind.Eine große Herausforderung besteht darin, dass es mit zunehmender Anzahl von Rechenelementen (Qubits) zunehmend schwieriger wird, den Quantencomputer von der Materie außen zu isolieren, was dazu führt, dass er zu dekorieren wird, die Quanteneffekte beseitigt und den Computer in einen klassischen Zustand wiederhergestellt wird.Dies ruiniert die Berechnung.Quantum Computing kann noch zu praktischen Anwendungen entwickelt werden, aber viele Physiker und Informatiker bleiben skeptisch.

Ein noch fortschrittlicherer molekularer Computer würde nanoskalige logische Gates oder nanoelektronische Komponenten umfassen, die die Verarbeitung auf konventionelle, universellere und kontrolliertere Weise durchführen.Leider fehlt uns derzeit die Fertigungsfunktion, die für die Herstellung eines solchen Computers erforderlich ist.Nanoskalige Robotik, die jedes Atom in die gewünschte Konfiguration platzieren können, wäre erforderlich, um diese Art von molekularem Computer zu realisieren.Vorläufige Anstrengungen zur Entwicklung dieser Art von Robotik sind im Gange, aber ein großer Durchbruch könnte Jahrzehnte dauern.