什么是分子计算(Molecular Computing)？

分子计算是以单个原子或分子作为解决计算问题的手段的任何计算方案的总称。分子计算与DNA计算最常相关，因为DNA计算已经取得了最大的进展，但它也可以指量子计算或分子逻辑门。所有形式的分子计算目前都处于初级阶段，但从...

分子计算是以单个原子或分子作为解决计算问题的手段的任何计算方案的总称。分子计算与DNA计算最常相关，因为DNA计算已经取得了最大的进展，但它也可以指量子计算或分子逻辑门。所有形式的分子计算目前都处于初级阶段，但从长远来看，可能会取代传统的硅计算机，它在更高的性能上遇到了障碍。站在一堆书后面的女人，一公斤的碳包含5 x 1025个原子。想象一下，如果我们只使用100个原子来存储一个位或执行一个计算操作。使用大规模并行，一台重量仅为1公斤的分子计算每秒可处理1027次运算，比目前最好的超级计算机每秒1017次运算的速度快10多亿倍。运算能力如此强大，我们可以实现我们今天无法想象的计算和模拟的壮举。分子计算机的操作原理各不相同。在DNA计算中，DNA是软件，而酶是硬件。定制的合成DNA链在试管中与酶结合，这取决于得到的输出链的长度，就可以得到一个解。DNA计算的潜力非常强大，但也有一些主要的缺点。DNA计算是非通用的，这意味着有些问题即使在原则上也无法解决。它只能对计算问题返回是或否的答案。2002年，以色列的研究人员发明了一台DNA计算机，它每秒可以执行330万亿次运算，比当时最快的个人电脑的速度快10万倍以上分子计算的另一个提议是量子计算。量子计算利用量子效应来进行计算，细节是复杂的。量子计算依赖于相互锁在纠缠态中的过冷原子。一个主要的挑战是，随着计算元素（量子比特）数量的增加，将量子计算机与外界物质隔离变得越来越困难，从而导致它去中心化，消除量子效应，使计算机恢复到经典状态。这会破坏计算。量子计算可能会发展成实际应用，但许多物理学家和计算机科学家仍持怀疑态度。一台更先进的分子计算机将涉及纳米级逻辑门或纳米电子元件，以更传统、更通用、更可控的方式进行处理。不幸的是，我们目前缺乏制造这种计算机所需的制造能力。要实现这种类型的分子计算机，就必须有能够将每个原子置于所需配置的纳米级机器人技术。开发这种类型机器人的初步努力正在进行中，但一项重大突破可能需要几十年的时间。

发表于 2020-09-18 00:37
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分类：科学教育

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