Molekyylilaskenta on yleinen termi mille tahansa laskentamenetelmälle, jossa käytetään yksittäisiä atomeja tai molekyylejä laskentatehtävien ratkaisemiseksi. Molekyylilaskenta liittyy useimmiten DNA -laskentaan, koska se on edistynyt eniten, mutta se voi viitata myös kvanttilaskenta- tai molekyylilogiikkaportteihin. Kaikki molekyylilaskennan muodot ovat tällä hetkellä lapsenkengissään, mutta pitkällä aikavälillä ne todennäköisesti korvaavat perinteiset piin tietokoneet, jotka kärsivät suorituskyvyn esteiltä.
Yksi kilogramma hiiltä sisältää 5 x 1025 atomia. Kuvittele, jos voisimme käyttää vain 100 atomia yhden bitin tallentamiseen tai laskutoimituksen suorittamiseen. Käyttämällä massiivista rinnakkaisuutta vain kilogramman painoinen molekyylilaskenta pystyy käsittelemään yli 1027 toimintoa sekunnissa, yli miljardi kertaa nopeammin kuin nykypäivän paras supertietokone, joka toimii noin 1017 operaatiota sekunnissa. Niin paljon suuremman laskentatehon avulla voisimme saavuttaa meille tänään käsittämättömiä laskenta- ja simulaatiotehtäviä.
Eri ehdotukset molekyylitietokoneista vaihtelevat niiden toimintaperiaatteiden mukaan. DNA -laskennassa DNA toimii ohjelmistona, kun taas entsyymit toimivat laitteistona. Räätälöidyt DNA-juosteet yhdistetään koeputkessa entsyymien kanssa, ja tuloksena olevan ulostuloketjun pituudesta riippuen voidaan johtaa liuos. DNA -laskenta on erittäin voimakas potentiaalissaan, mutta sillä on suuria haittoja. DNA-laskenta ei ole universaali, mikä tarkoittaa, että on ongelmia, joita se ei edes periaatteessa pysty ratkaisemaan. Se voi palauttaa vain kyllä tai ei-vastaukset laskennallisiin ongelmiin. Vuonna 2002 Israelin tutkijat loivat DNA -tietokoneen, joka pystyi suorittamaan 330 biljoonaa operaatiota sekunnissa, yli 100,000 XNUMX kertaa nopeammin kuin tuolloin nopein tietokone.
Toinen ehdotus molekyylilaskennasta on kvanttilaskenta. Kvanttilaskenta hyödyntää kvanttiefektejä laskennan suorittamiseen, ja yksityiskohdat ovat monimutkaisia. Kvanttilaskenta riippuu ylikuumennetuista atomeista, jotka on lukittu toisiinsa. Suuri haaste on se, että kun laskennallisten elementtien (kubitit) määrä kasvaa, kvanttitietokoneen eristäminen ulkopuolelta tulevasta aineesta muuttuu asteittain vaikeammaksi, mikä aiheuttaa sen hajoamisen, poistaa kvanttivaikutukset ja palauttaa tietokoneen klassiseen tilaan. Tämä pilaa laskelman. Kvanttilaskentaa voidaan vielä kehittää käytännön sovelluksiksi, mutta monet fyysikot ja tietojenkäsittelytieteilijät ovat edelleen skeptisiä.
Vielä kehittyneempi molekyylitietokone käsittäisi nanomittakaavan logiikkaportit tai nanoelektroniset komponentit, jotka suorittavat käsittelyn tavanomaisemmalla, yleisemmällä ja hallitummalla tavalla. Valitettavasti meiltä puuttuu tällä hetkellä tarvittavat valmistusominaisuudet tällaisen tietokoneen valmistamiseksi. Tämän tyyppisen molekyylitietokoneen toteuttamiseksi tarvitaan nanomittakaavan robotiikkaa, joka pystyy asettamaan kunkin atomin haluttuun kokoonpanoon. Alustavat ponnistelut tämän tyyppisen robotiikan kehittämiseksi ovat käynnissä, mutta suuri läpimurto voi kestää vuosikymmeniä.