什么是分子計算(Molecular Computing)？

分子計算是以單個原子或分子作為解決計算問題的手段的任何計算方案的總稱。分子計算與DNA計算最常相關，因為DNA計算已經取得了最大的進展，但它也可以指量子計算或分子邏輯門。所有形式的分子計算目前都處于初級階段，但從...

分子計算是以單個原子或分子作為解決計算問題的手段的任何計算方案的總稱。分子計算與DNA計算最常相關，因為DNA計算已經取得了最大的進展，但它也可以指量子計算或分子邏輯門。所有形式的分子計算目前都處于初級階段，但從長遠來看，可能會取代傳統的硅計算機，它在更高的性能上遇到了障礙。站在一堆書后面的女人，一公斤的碳包含5 x 1025個原子。想象一下，如果我們只使用100個原子來存儲一個位或執行一個計算操作。使用大規模并行，一臺重量僅為1公斤的分子計算每秒可處理1027次運算，比目前最好的超級計算機每秒1017次運算的速度快10多億倍。運算能力如此強大，我們可以實現我們今天無法想象的計算和模擬的壯舉。分子計算機的操作原理各不相同。在DNA計算中，DNA是軟件，而酶是硬件。定制的合成DNA鏈在試管中與酶結合，這取決于得到的輸出鏈的長度，就可以得到一個解。DNA計算的潛力非常強大，但也有一些主要的缺點。DNA計算是非通用的，這意味著有些問題即使在原則上也無法解決。它只能對計算問題返回是或否的答案。2002年，以色列的研究人員發明了一臺DNA計算機，它每秒可以執行330萬億次運算，比當時最快的個人電腦的速度快10萬倍以上分子計算的另一個提議是量子計算。量子計算利用量子效應來進行計算，細節是復雜的。量子計算依賴于相互鎖在糾纏態中的過冷原子。一個主要的挑戰是，隨著計算元素（量子比特）數量的增加，將量子計算機與外界物質隔離變得越來越困難，從而導致它去中心化，消除量子效應，使計算機恢復到經典狀態。這會破壞計算。量子計算可能會發展成實際應用，但許多物理學家和計算機科學家仍持懷疑態度。一臺更先進的分子計算機將涉及納米級邏輯門或納米電子元件，以更傳統、更通用、更可控的方式進行處理。不幸的是，我們目前缺乏制造這種計算機所需的制造能力。要實現這種類型的分子計算機，就必須有能夠將每個原子置于所需配置的納米級機器人技術。開發這種類型機器人的初步努力正在進行中，但一項重大突破可能需要幾十年的時間。

發表于 2020-09-18 00:37
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分類：科學教育

什么是分子計算(Molecular Computing)？

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