Was molekular berechnet?

Die molekulare Datenverarbeitung ist ein Gattungsbegriff für jeden Computerentwurf, der einzelne Atome oder Moleküle als Mittel des Lösens von Computerproblemen benutzt. Die molekulare Datenverarbeitung sehr häufig ist mit rechnender DNA verbunden, weil die den meisten Fortschritt gebildet hat, aber es kann die Quantendatenverarbeitung oder auf die molekularen Logikgatter auch sich beziehen. Alle Formen der molekularen Datenverarbeitung sind z.Z. in ihrer Kindheit, aber sind langfristig wahrscheinlich, traditionelle Silikoncomputer zu ersetzen, die Sperren zu den höheren Niveaus der Leistung erleiden.

Ein einzelnes Kilogramm Carbon enthält 5 x 1025 Atome. Sich vorstellen, wenn wir nur 100 Atome benutzen könnten, um ein Einzelbit zu speichern oder einen Computerbetrieb durchzuführen. Using massiven Parallelismus könnte eine molekulare Datenverarbeitung, gerade ein Kilogramm wiegend, mehr als 1027 Betriebe pro Sekunde verarbeiten, mehr als Milliardemal schneller als today’s beste Supercomputer, die an ungefähr 1017 Betrieben pro Sekunde funktioniert. Mit soviel grösserer Computerenergie könnten wir Meisterstücke der Berechnung und der Simulation heute erzielen, die zu uns unvorstellbar sind.

Verschiedene Anträge für molekulare Computer schwanken in die Grundregeln ihres Betriebes. In rechnender DNA, dient DNA als die Software, während Enzyme als die Hardware dienen. Gewohnheit-synthetisierte DNA-Stränge werden mit Enzymen in einem Reagenzglas kombiniert, und abhängig von der Länge des Stranges des resultierenden Ausganges, kann eine Lösung abgeleitet werden. DNA-Berechnung ist in seinem Potenzial extrem leistungsfähig, aber leidet unter Hauptbeeinträchtigungen. DNA-Berechnung ist nicht-allgemeinhin und sogar prinzipiell bedeutet, dass es gibt Probleme, die es nicht kann, zu lösen. Sie kann ja-oder-keine Antworten zu den Computerproblemen nur zurückbringen. 2002 stellten Forscher in Israel einen DNA-Computer, der 330 Betriebe Trillion pro Sekunde durchführen könnte, mehr als 100.000mal schneller als die Geschwindigkeit des schnellsten PC zu der Zeit her.

Ein anderer Antrag für die molekulare Datenverarbeitung ist Quantendatenverarbeitung. Die Quantumdatenverarbeitung nutzt Quanteneffekte, um Berechnung durchzuführen, und die Details sind schwierig. Die Quantumdatenverarbeitung hängt nach den tiefgekühlten Atomen ab, die miteinander in verwickelten Zuständen verriegelt sind. Eine Hauptherausforderung ist dass, da die Zahl Computerzunahmen der elemente (qubits), es nach und nach schwieriger wird, den Quantencomputer von der Angelegenheit auf der Außenseite zu isolieren, sie zum decohere verursacht, Quanteneffekte beseitigt und den Computer zu einem klassischen Zustand wieder herstellt. Dieses ruiniert die Berechnung. Die Quantumdatenverarbeitung kann in praktische Anwendungen schon entwickelt werden, aber viele Physiker und Informatiker bleiben skeptisch.

Ein sogar noch mehr vorgerückter molekularer Computer würde die nanoscale Logikgatter oder nanoelectronic Bestandteile miteinbeziehen, welche die Verarbeitung in eine herkömmlichere, allgemeinhin und kontrollierte Weise leiten. Leider ermangeln wir z.Z. die Herstellungsfähigkeit, die notwendig ist, solch einen Computer zu fabrizieren. Der Nanoscale Automatismus, der zum Legen jedes Atoms in die gewünschte Konfiguration fähig ist, würde notwendig sein, um diese Art des molekularen Computers zu verwirklichen. Einleitende Bemühungen, diese Art von Automatismus zu entwickeln sind laufend, aber ein Hauptdurchbruch könnte Dekaden nehmen.