Molekulinis skaičiavimas yra bendras terminas bet kokiai skaičiavimo schemai, kuri naudoja atskirus atomus ar molekules kaip priemonę skaičiavimo problemoms spręsti. Molekulinis skaičiavimas dažniausiai siejamas su DNR skaičiavimu, nes tai padarė didžiausią pažangą, bet taip pat gali būti susiję su kvantiniu skaičiavimu arba molekulinės logikos vartais. Visų formų molekulinis skaičiavimas šiuo metu yra pradinėje stadijoje, tačiau ilgainiui greičiausiai pakeis tradicinius silicio kompiuterius, kuriems kyla kliūčių aukštesniam našumo lygiui.
Viename kilograme anglies yra 5 x 1025 atomai. Įsivaizduokite, jei galėtume panaudoti tik 100 atomų vienam bitui saugoti arba skaičiavimo operacijai atlikti. Naudojant didžiulį lygiagretumą, vos kilogramą sveriantis molekulinis skaičiavimas galėtų atlikti daugiau nei 1027 operacijas per sekundę, daugiau nei milijardą kartų greičiau nei geriausias šiandieninis superkompiuteris, kuris veikia maždaug 1017 operacijų per sekundę greičiu. Turėdami daug didesnę skaičiavimo galią, galėtume pasiekti šiandien neįsivaizduojamų skaičiavimo ir modeliavimo darbų.
Skirtingi pasiūlymai dėl molekulinių kompiuterių skiriasi jų veikimo principais. Apskaičiuojant DNR, DNR tarnauja kaip programinė įranga, o fermentai – kaip aparatinė įranga. Pagal užsakymą susintetintos DNR grandinės sujungiamos su fermentais mėgintuvėlyje ir, atsižvelgiant į gautos išvesties grandinės ilgį, galima gauti tirpalą. DNR skaičiavimas yra labai galingas, tačiau turi didelių trūkumų. DNR skaičiavimas yra neuniversalus, o tai reiškia, kad yra problemų, kurių jis net iš esmės negali išspręsti. Jis gali pateikti tik „taip“ arba „ne“ atsakymus į skaičiavimo problemas. 2002 m. Izraelio mokslininkai sukūrė DNR kompiuterį, galintį atlikti 330 trilijonų operacijų per sekundę, daugiau nei 100,000 XNUMX kartų greičiau nei tuo metu greičiausio kompiuterio greitis.
Kitas molekulinio skaičiavimo pasiūlymas yra kvantinis skaičiavimas. Kvantinis skaičiavimas naudoja kvantinius efektus, kad būtų atliktas skaičiavimas, o detalės yra sudėtingos. Kvantinis skaičiavimas priklauso nuo peraušintų atomų, užsifiksavusių vienas su kitu susipynusiose būsenose. Pagrindinis iššūkis yra tas, kad didėjant skaičiavimo elementų (kubitų) skaičiui, darosi vis sunkiau izoliuoti kvantinį kompiuterį nuo materijos išorėje, todėl jis dekoheruojasi, pašalinami kvantiniai efektai ir atkuriama kompiuterio klasikinė būsena. Tai sugadina skaičiavimą. Kvantinė kompiuterija dar gali būti išplėtota į praktinį pritaikymą, tačiau daugelis fizikų ir kompiuterių mokslininkų išlieka skeptiški.
Dar pažangesnis molekulinis kompiuteris apimtų nanoskalės loginius vartus arba nanoelektroninius komponentus, atliekančius apdorojimą įprastesniu, universalesniu ir kontroliuojamu būdu. Deja, šiuo metu mums trūksta gamybos pajėgumų, reikalingų tokiam kompiuteriui pagaminti. Norint realizuoti tokio tipo molekulinį kompiuterį, prireiktų nanoskalės robotų, galinčių išdėstyti kiekvieną atomą norima konfigūracija. Šiuo metu dedamos preliminarios pastangos sukurti tokio tipo robotiką, tačiau didelis proveržis gali užtrukti dešimtmečius.