Τι είναι το Molecular Computing;

Η μοριακή υπολογιστική είναι ένας γενικός όρος για οποιοδήποτε υπολογιστικό σχήμα που χρησιμοποιεί μεμονωμένα άτομα ή μόρια ως μέσο επίλυσης υπολογιστικών προβλημάτων.Η μοριακή πληροφορική συνδέεται συχνότερα με τον υπολογισμό του DNA, επειδή αυτό έχει σημειώσει την μεγαλύτερη πρόοδο, αλλά μπορεί επίσης να αναφέρεται σε κβαντικές υπολογιστικές ή μοριακές λογικές πύλες.Όλες οι μορφές μοριακής πληροφορικής είναι επί του παρόντος σε νηπιακή ηλικία, αλλά μακροπρόθεσμα είναι πιθανό να αντικαταστήσουν τους παραδοσιακούς υπολογιστές πυριτίου, οι οποίοι υποφέρουν από φραγμούς σε υψηλότερα επίπεδα απόδοσης.

Ένα χιλιόγραμμο άνθρακα περιέχει 5 x 10 ²⁵ άτομα.Φανταστείτε αν μπορούσαμε να χρησιμοποιήσουμε μόνο 100 άτομα για να αποθηκεύσουμε ένα μόνο bit ή να εκτελέσουμε μια υπολογιστική λειτουργία.Χρησιμοποιώντας μαζικό παραλληλισμό, ένας μοριακός υπολογισμός που ζυγίζει μόνο ένα κιλό θα μπορούσε να επεξεργαστεί πάνω από 10 ²⁷ λειτουργίες ανά δευτερόλεπτο, περισσότερο από ένα δισεκατομμύριο φορές ταχύτερα από τον καλύτερο υπερυπολογιστή, ο οποίος λειτουργεί σε περίπου 10 ¹⁷ λειτουργίες ανά δευτερόλεπτο.Με τόσο μεγαλύτερη υπολογιστική ισχύ, θα μπορούσαμε να επιτύχουμε τα επίπεδα υπολογισμού και προσομοίωσης αδιανόητης για εμάς σήμερα. Οι διαφορετικές προτάσεις για τους μοριακούς υπολογιστές ποικίλλουν στις αρχές της λειτουργίας τους.Στο DNA Computing, το DNA χρησιμεύει ως λογισμικό ενώ τα ένζυμα χρησιμεύουν ως υλικό.Οι προσαρμοσμένες συρματόσχοινα ϋΝΑ συνδυάζονται με ένζυμα σε δοκιμαστικό σωλήνα και ανάλογα με το μήκος του προκύπτοντος κλώνου εξόδου, μπορεί να προκύψει διάλυμα.Ο υπολογισμός του DNA είναι εξαιρετικά ισχυρός στο δυναμικό του, αλλά πάσχει από μεγάλα μειονεκτήματα.Ο υπολογισμός του DNA είναι μη καθολικός, πράγμα που σημαίνει ότι υπάρχουν προβλήματα που δεν μπορεί, ακόμη και κατ 'αρχήν, να λύσει.Μπορεί να επιστρέψει μόνο ναι-ή-όχι απαντήσεις σε υπολογιστικά προβλήματα.Το 2002, οι ερευνητές στο Ισραήλ δημιούργησαν έναν υπολογιστή DNA ο οποίος θα μπορούσε να εκτελέσει 330 τρισεκατομμύρια λειτουργίες ανά δευτερόλεπτο, περισσότερο από 100.000 φορές ταχύτερα από την ταχύτητα του ταχύτερου υπολογιστή εκείνη τη στιγμή.Η κβαντική υπολογιστική εκμεταλλεύεται τα κβαντικά αποτελέσματα για την εκτέλεση υπολογισμού και οι λεπτομέρειες είναι περίπλοκες.Η κβαντική πληροφορική εξαρτάται από τα υπερψυσμένα άτομα κλειδωμένα σε εμπλακεί σε κράτη μεταξύ τους.Μια σημαντική πρόκληση είναι ότι, καθώς ο αριθμός των υπολογιστικών στοιχείων (qubits) αυξάνεται, καθίσταται προοδευτικά πιο δύσκολο να απομονηθούν ο κβαντικός υπολογιστής από την ύλη στο εξωτερικό, προκαλώντας το να αποχωρήσει, να εξαλείψει τα κβαντικά αποτελέσματα και να αποκατασταθεί ο υπολογιστής σε μια κλασσική κατάσταση.Αυτό καταστρέφει τον υπολογισμό.Η κβαντική πληροφορική μπορεί ακόμη να εξελιχθεί σε πρακτικές εφαρμογές, αλλά πολλοί φυσικοί και επιστήμονες υπολογιστών παραμένουν σκεπτικοί.

Ένας ακόμη πιο προηγμένος μοριακός υπολογιστής θα περιλαμβάνει πύλες λογικής νανοκλίμακας ή νανοηλεκτρονικά συστατικά που διεξάγουν επεξεργασία με πιο συμβατικό, καθολικό και ελεγχόμενο τρόπο.Δυστυχώς, δεν έχουμε επί του παρόντος την ικανότητα παραγωγής που είναι απαραίτητη για την κατασκευή ενός τέτοιου υπολογιστή.Η ρομποτική ρομποτική νανοκλίμακα ικανή να τοποθετήσει κάθε άτομο στην επιθυμητή διαμόρφωση θα ήταν απαραίτητη για να πραγματοποιηθεί αυτός ο τύπος μοριακού υπολογιστή.Οι προκαταρκτικές προσπάθειες για την ανάπτυξη αυτού του τύπου ρομποτικής βρίσκονται σε εξέλιξη, αλλά μια σημαντική ανακάλυψη θα μπορούσε να διαρκέσει δεκαετίες.