Hva er molekylær databehandling?

Molekylær databehandling er et generisk begrep for ethvert beregningsplan som bruker individuelle atomer eller molekyler som et middel til å løse beregningsproblemer.Molekylær databehandling er hyppigst assosiert med DNA -databehandling, fordi det har gjort mest fremgang, men det kan også referere til kvanteberegning eller molekylære logiske porter.Alle former for molekylær databehandling er for tiden i sin spede begynnelse, men på lang sikt vil sannsynligvis erstatte tradisjonelle silisiumdatamaskiner, som lider barrierer for høyere ytelsesnivå.

Et enkelt kilo karbon inneholder 5 x 10 ²⁵ atomer.Se for deg om vi bare kunne bruke 100 atomer til å lagre en enkelt bit eller utføre en beregningsoperasjon.Ved å bruke massiv parallellisme kan en molekylær databehandling som veier bare et kilo behandle mer enn 10 ²⁷ -operasjoner per sekund, mer enn en milliard ganger raskere enn dagens beste superdatamaskin, som opererer på omtrent 10 ¹⁷ -operasjoner per sekund.Med så mye større beregningskraft, kunne vi oppnå bragder av beregning og simulering utenkelig for oss i dag.

Ulike forslag til molekylære datamaskiner varierer i prinsippene for deres operasjon.I DNA -databehandling fungerer DNA som programvaren mens enzymer fungerer som maskinvaren.Tilpassede syntetiserte DNA-tråder er kombinert med enzymer i et testrør, og avhengig av lengden på den resulterende utgangsstreng, kan en løsning avledes.DNA -beregning er ekstremt kraftig i potensialet, men lider av store ulemper.DNA-beregning er ikke-universell, noe som betyr at det er problemer det ikke i prinsippet ikke kan løse.Det kan bare returnere ja-eller-ingen svar på beregningsproblemer.I 2002 opprettet forskere i Israel en DNA -datamaskin som kunne utføre 330 billioner operasjoner per sekund, mer enn 100 000 ganger raskere enn hastigheten på den raskeste PCen på det tidspunktet.

Et annet forslag til molekylær databehandling er kvantedatamaskin.Kvanteberegning utnytter kvanteeffekter for å utføre beregning, og detaljene er kompliserte.Kvanteberegning avhenger av superkjølte atomer låst i sammenfiltrede tilstander med hverandre.En stor utfordring er at når antallet beregningselementer (qubits) øker, blir det gradvis vanskeligere å isolere kvantecomputeren fra materie på utsiden, noe som får den til å deohere, eliminere kvanteeffekter og gjenopprette datamaskinen til en klassisk tilstand.Dette ødelegger beregningen.Kvanteberegning kan ennå utvikles til praktiske anvendelser, men mange fysikere og dataforskere forblir skeptiske.

En enda mer avansert molekylær datamaskin vil involvere nanoskala -logiske porter eller nanoelektroniske komponenter som utfører prosessering på en mer konvensjonell, universell og kontrollert måte.Dessverre mangler vi for øyeblikket produksjonsevnen som er nødvendig for å fremstille en slik datamaskin.Nanoskala -robotikk som er i stand til å plassere hvert atom i ønsket konfigurasjon, ville være nødvendig for å realisere denne typen molekylære datamaskiner.Foreløpig innsats for å utvikle denne typen robotikk er i gang, men et stort gjennombrudd kan ta flere tiår.