Qu'est-ce que l'informatique moléculaire?

L'informatique moléculaire est un terme générique pour tout schéma de calcul qui utilise des atomes ou des molécules individuels comme moyen de résoudre des problèmes de calcul.L'informatique moléculaire est le plus souvent associée à l'informatique ADN, car cela a fait le plus de progrès, mais il peut également se référer à l'informatique quantique ou aux portes logiques moléculaires.Toutes les formes de calcul moléculaire sont actuellement à leurs balbutiements, mais à long terme, il faut remplacer les ordinateurs traditionnels du silicium, qui souffrent de barrières à des niveaux de performance plus élevés.

Un seul kilogramme de carbone contient 5 x 10 ²⁵ atomes.Imaginez si nous ne pouvions utiliser que 100 atomes pour stocker un seul bit ou effectuer une opération de calcul.En utilisant un parallélisme massif, un calcul moléculaire pesant juste un kilogramme pourrait traiter plus de 10 ²⁷ opérations par seconde, plus d'un milliard de fois plus rapidement que le meilleur supercalculateur d'aujourd'hui, qui fonctionne à environ 10 ¹⁷ opérations par seconde.Avec une puissance de calcul tellement plus grande, nous pourrions réaliser des exploits de calcul et de simulation inimaginables pour nous aujourd'hui.

Différentes propositions d'ordinateurs moléculaires varient selon les principes de leur fonctionnement.Dans l'ADN informatique, l'ADN sert de logiciel tandis que les enzymes servent de matériel.Les brins d'ADN synthétisés sur mesure sont combinés avec des enzymes dans un tube à essai, et selon la longueur du brin de sortie résultant, une solution peut être dérivée.Le calcul de l'ADN est extrêmement puissant dans son potentiel, mais souffre d'inconvénients majeurs.Le calcul de l'ADN est non universel, ce qui signifie qu'il y a des problèmes qu'il ne peut, même en principe, résoudre.Il ne peut retourner que oui ou non aux réponses aux problèmes de calcul.En 2002, des chercheurs en Israël ont créé un ordinateur ADN qui pourrait effectuer 330 billions d'opérations par seconde, plus de 100 000 fois plus rapidement que la vitesse du PC le plus rapide à l'époque.

Une autre proposition de calcul moléculaire est l'informatique quantique.L'informatique quantique profite des effets quantiques pour effectuer un calcul et les détails sont compliqués.L'informatique quantique dépend des atomes surfoncés verrouillés dans des états enchevêtrés les uns avec les autres.Un défi majeur est que lorsque le nombre d'éléments de calcul (qubits) augmente, il devient progressivement plus difficile d'isoler l'ordinateur quantique de la matière à l'extérieur, ce qui le fait décohé, éliminant les effets quantiques et restaurant l'ordinateur à un état classique.Cela ruine le calcul.L'informatique quantique peut encore être développée en applications pratiques, mais de nombreux physiciens et informaticiens restent sceptiques.

Un ordinateur moléculaire encore plus avancé impliquerait des portes logiques à l'échelle nanométrique ou des composants nanoélectroniques effectuant un traitement de manière plus conventionnelle, universelle et contrôlée.Malheureusement, nous manquons actuellement de la capacité de fabrication nécessaire pour fabriquer un tel ordinateur.La robotique nanométrique capable de placer chaque atome dans la configuration souhaitée serait nécessaire pour réaliser ce type d'ordinateur moléculaire.Des efforts préliminaires pour développer ce type de robotique sont en cours, mais une percée majeure pourrait prendre des décennies.