Wat is moleculair computing?

Moleculair computing is een generieke term voor elk computationeel schema dat afzonderlijke atomen of moleculen gebruikt als middel om computationele problemen op te lossen.Moleculair computing wordt het meest geassocieerd met DNA -computing, omdat dat de meeste vooruitgang heeft geboekt, maar het kan ook verwijzen naar kwantum computing of moleculaire logische poorten.Alle vormen van moleculaire computing staan momenteel in de kinderschoenen, maar op de lange termijn zullen ze waarschijnlijk traditionele siliciumcomputers vervangen, die belemmeringen hebben voor hogere prestatieniveaus.

Een enkel kilogram koolstof bevat 5 x 10 ²⁵ atomen.Stel je voor dat we slechts 100 atomen konden gebruiken om een enkel bit op te slaan of een computationele bewerking uit te voeren.Met behulp van massale parallellisme kan een moleculair computergebruik van slechts een kilogram meer dan 10 ²⁷ bewerkingen per seconde verwerken, meer dan een miljard keer sneller dan de beste supercomputer van vandaag, die werkt op ongeveer 10 ¹⁷ bewerkingen per seconde.Met zoveel grotere rekenkracht zouden we vandaag de berekening en simulatie kunnen bereiken die voor ons vandaag onvoorstelbaar zijn.

Verschillende voorstellen voor moleculaire computers variëren in de principes van hun werking.In DNA -computergebruik dient DNA als software, terwijl enzymen als hardware dienen.Op maat gemaakte DNA-strengen worden gecombineerd met enzymen in een testbuis en afhankelijk van de lengte van de resulterende uitgangsstreng, kan een oplossing worden afgeleid.DNA -berekening is extreem krachtig in zijn potentieel, maar lijdt aan grote nadelen.DNA-berekening is niet-universeel, wat betekent dat er problemen zijn die het zelfs in principe niet kan oplossen.Het kan alleen ja-of-geen antwoorden op rekenproblemen retourneren.In 2002 creëerden onderzoekers in Israël een DNA -computer die 330 biljoen bewerkingen per seconde zou kunnen uitvoeren, meer dan 100.000 keer sneller dan de snelheid van de snelste pc op dat moment.

Een ander voorstel voor moleculair computing is kwantum computing.Quantum Computing maakt gebruik van kwantumeffecten om berekening uit te voeren en de details zijn ingewikkeld.Quantum Computing hangt af van onderkoelde atomen die zijn vergrendeld in verwarde toestanden met elkaar.Een grote uitdaging is dat naarmate het aantal computationele elementen (qubits) toeneemt, het steeds moeilijker wordt om de kwantumcomputer van materie aan de buitenkant te isoleren, waardoor deze ontkoppelt, kwantumeffecten elimineert en de computer in een klassieke toestand wordt hersteld.Dit verpest de berekening.Quantum computing kan nog worden ontwikkeld tot praktische toepassingen, maar veel natuurkundigen en computerwetenschappers blijven sceptisch.

Een nog geavanceerdere moleculaire computer zou nanoschaal logische poorten of nano -elektronische componenten omvatten die verwerking uitvoeren op een meer conventionele, universele en gecontroleerde manier.Helaas missen we momenteel de productiecapaciteit die nodig is om een dergelijke computer te fabriceren.Robotica op nanoschaal in staat om elk atoom in de gewenste configuratie te plaatsen, zou nodig zijn om dit type moleculaire computer te realiseren.Voorlopige inspanningen om dit soort robotica te ontwikkelen zijn aan de gang, maar een grote doorbraak kan tientallen jaren duren.