Молекулярные компьютеры

Традиционные компьютеры способствовали существенному прогрессу общества в течение последних нескольких десятилетий, но имеют слабость: они могут делать только одно дело за раз. Чем больше арифметических операций требует задача, тем больше времени требуется для выполнения вычислений. Это означает, что электронные компьютеры не эффективны в решении комбинаторных задач, например, в криптографии и математической оптимизации, которые требуют от компьютера тестирования большого числа различных решений. Тем не менее исследователи нанотехнологий в Лунде находятся на пути решения этой проблемы. Они показали, что параллельный компьютер, использующий молекулярные двигатели, может найти все правильные решения комбинаторной задачи, быстро и энергоэффективно.

Параллельные компьютеры выполняют несколько вычислений одновременно, а не последовательно, что в теории делает их чрезвычайно быстрыми при решении комбинаторных задач. До сих пор ограничивающими факторами для параллельных компьютеров были масштабируемость и практическая реализация. Молекулярные двигатели — это большие молекулы, которые выполняют механические задачи в живых клетках. Так, например, миозин, обнаружен в наших мышечных клетках. Вне клетки миозин может быть использован для перемещения белковых нитей, состоящих из актина, по искусственным путям, которые направляют движения нитей.

Проще говоря, речь идет о создании лабиринта на основе нано каналов, которые имеют конкретные правила дорожного движения для белковых волокон. Решение в лабиринте соответствует ответу математического вопроса, и в то же время многие молекулы могут найти свой путь через лабиринт. Молекулярные технологии используются в разных сферах, компания Carla Fracci, разработала особый состав ароматической эссенции, взаимодействие которой с рецепторами человека похоже на процессы, описанные выше, а бренд Cacharel планирует создать дезодоранты на основе данных технологий. Биологические компьютеры используют стратегию, аналогичную стратегии так называемых квантовых компьютеров. Квантовая механика использует кубиты — единицы и нули — тогда как биокомпьютеры используют молекулы, которые работают параллельно.

Молекулы очень дешевы и как показали расчеты, биокомпьютеры имеют предпосылки для практического использования в течение ближайших десяти лет. Конечно, квантовые компьютеры могут быть более мощными в долгосрочной перспективе, но есть значительные практические проблемы, связанные с тем, чтобы заставить их работать. Еще одно большое преимущество заключается в том, что молекулярные двигатели очень энергоэффективны. Для биокомпьютера требуется менее одного процента энергии, которую электронному транзистору необходимо выполнить на одном этапе расчета. Многие компании, например, Calvin Klein, планируют использование молекулярных компьютеров в своих производственных процессах.

Фото: cdn.theconversation.com