Hva er molekylær Computing?

February 18  by Eliza

Molekylær databehandling er en fellesbetegnelse for alle beregnings ordning som bruker individuelle atomer eller molekyler som et middel til å løse datarelaterte problemer. Molekylær databehandling er oftest assosiert med DNA databehandling, fordi det har kommet lengst, men det kan også vise til quantum computing eller molekylær logiske porter. Alle former for molekylær databehandling er for tiden i sin barndom, men i det lange løp er sannsynlig å erstatte tradisjonelle silisium datamaskiner, som lider barrierer for høyere nivåer av ytelse.

En enkelt kg karbon inneholder 5 x 10 25 atomer. Tenk om vi kunne bruke bare 100 atomer til å lagre en enkelt bit eller utføre en beregnings operasjon. Ved hjelp av massiv parallellitet, kunne en molekylær databehandling veier bare en kilo behandle mer enn 10 27 operasjoner per sekund, mer enn en milliard ganger raskere enn todayâ € ™ s beste superdatamaskin, som opererer på ca 10 17 operasjoner per sekund. Med så mye større regnekraft, kan vi oppnå prestasjon av beregning og simulering ufattelig for oss i dag.

Ulike forslag til molekylære datamaskiner varierer i prinsippene for sin drift. I DNA databehandling, DNA fungerer som programvaren mens enzymer tjene som maskinvaren. Tilpassede-syntetiserte DNA-tråder er kombinert med enzymer i et reagensglass, og avhengig av lengden av det resulterende utgangsstrengen, kan en løsning utledes. DNA beregningen er ekstremt kraftig i sitt potensial, men lider av store ulemper. DNA beregningen er ikke universell, noe som betyr at det er problemer det kan ikke, selv i prinsippet løse. Det kan bare gå tilbake ja-eller-ingen svar på datarelaterte problemer. I 2002 opprettet forskere i Israel en DNA datamaskin som kan utføre 330 billion operasjoner per sekund, mer enn 100.000 ganger raskere enn hastigheten på den raskeste PC på den tiden.

Et annet forslag for molekylær databehandling er quantum computing. Quantum computing utnytter kvanteeffekter å utføre beregninger, og detaljene er komplisert. Quantum computing avhenger underkjølte atomer låst i innviklet stater med hverandre. En stor utfordring er at etter hvert som antall beregnings elementer (qubits) øker, blir det stadig vanskeligere å isolere kvantedatamaskin fra saken på utsiden, slik at den decohere, eliminere kvanteeffekter og gjenopprette datamaskinen til en klassisk tilstand. Dette ødelegger beregningen. Quantum computing kan ennå bli utviklet til praktisk bruk, men mange fysikere og dataforskere fortsatt skeptiske.

En enda mer avansert molekyl datamaskin ville innebære nanoskala logiske porter eller nanoelectronic komponenter som utfører prosessering i en mer konvensjonell, universelt, og kontrollert måte. Dessverre har vi i dag mangler produksjonskapasitet er nødvendig for å dikte opp en slik maskin. Nanoskala robotikk i stand til å plassere hvert atom i den ønskede konfigurasjon ville være nødvendig for å realisere denne type molekyl datamaskin. Foreløpige arbeidet med å utvikle denne type robotikk er i gang, men et stort gjennombrudd kan ta flere tiår.

  • DNA.