Apa itu komputasi molekuler?

Komputasi molekuler adalah istilah generik untuk skema komputasi apa pun yang menggunakan atom atau molekul individu sebagai cara memecahkan masalah komputasi.Komputasi molekuler paling sering dikaitkan dengan komputasi DNA, karena itu telah membuat kemajuan terbanyak, tetapi juga dapat merujuk pada komputasi kuantum atau gerbang logika molekuler.Semua bentuk komputasi molekuler saat ini sedang dalam masa pertumbuhan, tetapi dalam jangka panjang cenderung menggantikan komputer silikon tradisional, yang menderita hambatan pada tingkat kinerja yang lebih tinggi.

Satu kilogram karbon mengandung 5 x 10 ²⁵ atom.Bayangkan jika kita hanya bisa menggunakan 100 atom untuk menyimpan satu bit atau melakukan operasi komputasi.Menggunakan paralelisme besar -besaran, komputasi molekuler dengan berat hanya satu kilogram dapat memproses lebih dari 10 ²⁷ Operasi per detik, lebih dari satu miliar kali lebih cepat dari superkomputer terbaik saat ini, yang beroperasi sekitar 10 ¹⁷ operasi per detik.Dengan kekuatan komputasi yang jauh lebih besar, kita dapat mencapai prestasi perhitungan dan simulasi yang tak terbayangkan oleh kita saat ini.

Proposal yang berbeda untuk komputer molekuler bervariasi dalam prinsip -prinsip operasi mereka.Dalam komputasi DNA, DNA berfungsi sebagai perangkat lunak sedangkan enzim berfungsi sebagai perangkat keras.Untaian DNA yang disintesis khusus dikombinasikan dengan enzim dalam tabung reaksi, dan tergantung pada panjang untai output yang dihasilkan, larutan dapat diturunkan.Perhitungan DNA sangat kuat dalam potensinya, tetapi menderita kekurangan besar.Perhitungan DNA adalah non-universal, artinya ada masalah yang tidak dapat, bahkan pada prinsipnya, selesaikan.Ini hanya dapat mengembalikan jawaban ya-atau-tidak untuk masalah komputasi.Pada tahun 2002, para peneliti di Israel menciptakan komputer DNA yang dapat melakukan 330 triliun operasi per detik, lebih dari 100.000 kali lebih cepat daripada kecepatan PC tercepat pada saat itu.

Proposal lain untuk komputasi molekuler adalah komputasi kuantum.Komputasi kuantum memanfaatkan efek kuantum untuk melakukan perhitungan, dan detailnya rumit.Komputasi kuantum tergantung pada atom supercooled yang terkunci dalam keadaan terjerat satu sama lain.Tantangan utama adalah bahwa ketika jumlah elemen komputasi (qubit) meningkat, semakin sulit untuk mengisolasi komputer kuantum dari materi di luar, menyebabkannya mendeko, menghilangkan efek kuantum dan memulihkan komputer ke keadaan klasik.Ini merusak perhitungan.Komputasi kuantum mungkin belum dikembangkan menjadi aplikasi praktis, tetapi banyak fisikawan dan ilmuwan komputer tetap skeptis.

Komputer molekuler yang bahkan lebih maju akan melibatkan gerbang logika skala nano atau komponen nanoelektronik yang melakukan pemrosesan dengan cara yang lebih konvensional, universal, dan terkontrol.Sayangnya, saat ini kami tidak memiliki kemampuan manufaktur yang diperlukan untuk membuat komputer seperti itu.Robotika nano yang mampu menempatkan setiap atom dalam konfigurasi yang diinginkan akan diperlukan untuk mewujudkan jenis komputer molekuler ini.Upaya awal untuk mengembangkan jenis robotika ini sedang berlangsung, tetapi terobosan besar bisa memakan waktu beberapa dekade.