未來的計算機長什麼模樣?有生命會呼吸的生物計算機你見過嗎?

2020-12-04 百家號

所謂的生物計算機就是由蛋白質分子與周圍物理化學介質相互作用而轉化的分子運算過程。這種計算機的開關是酶來充當的,要想將酶更好的顯現出來,還需要沒自身和蛋白質結合在一起。這種計算機的體積相對較小、耗電少、運算效率高、存儲能量大,能在生化環境下甚至能在有機體中進行工作,並能將其內在的分子和外部環境進行轉換。在現實生活中,廣泛的被應用在醫療診治、遺傳追蹤以及生物工程上。

隨著新技術的層出不窮,晶片技術的不斷發展,物理對晶片的限制性將會被打破。為了解決物理性對晶片的影響,很多計算機科研人員仍在不斷的開發和研究新技術,一些新型的計算機技術已經開始使用,雖然未達到成熟的階段,但是隨著計算機科研人員的不斷努力,新型的計算機技術,將會更好的為人們服務,以滿足人們現實需求。生物計算機進行深入分析。這些新型的計算機仍在發展期間,相信在不久的將來,新型計算機技術將會在更廣泛的領域應用。隨著科技的發展,人們對與計算機的要求也越來也高,現有的計算機越發難以滿足人們的需求,就在這時,一個劃時代的構想誕生了——分子計算機(DNA計算機)。

1995年,來自各國的200多位有關專家共同探討了DNA計算機的可行性,認為DNA分子間在酶的作用下可以從某基因代碼通過生物化學的反應轉變為另一種基因代碼,轉變前的基因代碼可以作為輸入數據,反應後的基因代碼可以作為運算結果。利用這一過程可以製成新型的生物計算機。

瑞士巴塞爾大學的漢斯—韋爾納.芬克和克裡斯蒂安.舍嫩伯格在新近出版的英國《Nature》雜誌上報導,他們發現DNA鏈的導電性可與半導體相媲美,如果能夠給它裝上"開關"對電流進行控制,就有可能用它製造極其微小的電器裝置。

芬克說,一根DNA鏈的直徑僅為20億分之1米,沒有任何金屬線能加工到這麼細,因此DNA鏈在製造微小電子元件方面可能將具有獨特的優勢。美國明尼蘇達州立大學已經研製成功世界上第一個"分子電路",由"分子導線"組成的顯微電路只有目前"無機"計算機電路的千分之一。

根據最新的有關分子計算機科技的新聞報導,日本自然科學研究機構分子科學研究所大森賢治教授領導的一個研究小組近日宣布,他們利用10萬億分之一秒的高強度紅外雷射脈衝,成功向一個分子中的量子力學原子狀態(波函數)瞬間讀入信息。現在的高速信息處理依賴基於矽電晶體的大規模集成電路,但更大規模的集成電路會由於絕緣體的幅度達到數個原子層水平後而出現電子滲出,導致過熱和錯誤發生。最新的納米技術由於同樣以電荷為信息載體,因此也逃不過這一命運。

為解決這一難題,研究小組選擇了電子性質為中性的量子力學波函數作為信息載體進行試驗。大森的研究小組之前曾成功利用0.3納米尺寸的分子波函數,使超級計算機的傅立葉變換提高1000倍,驗證了一個分子可以具有超高速計算機的功能。這一技術比以矽電晶體為基礎的元件體積小1000倍,速度卻提高1000倍以上。但是,分子內複數的波函數由於分子固有的性質,只能進行幾種特定的計算。要實現任意演算,還需要開發出從外部置換分子內部信息的新技術。之前科學家們認為分子中不同能量狀態的波函數不發生幹擾,而此次研究小組發現,在10萬億分之一秒高強度紅外雷射脈衝的照射下,不同能量狀態的波函數出現了幹擾這一全新的物理現象。這種幹擾現象可使分子內複數的波函數強度發生變化,進而可成功從外部讀入信息。新成果意味著這一技術今後可能成為分子計算機的基礎技術,研究小組還將對固體和液體中雜亂的波函數進行復元試驗,以期建立分子計算機的基礎技術。

我們相信,隨著科學技術的不斷發展,計算方式的多樣性還會有新的表現。隨著基因工程的高速發展,為蛋白質的工業化製造提供了技術上的保證,也促進生物計算機的主要部件——生物晶片(如基因晶片、合成蛋白晶片、血紅素晶片、賴氨酸晶片等)的研究不斷深入,人們將有能力按照設計的藍圖,隨意製造出所需要的生物材料,並組裝成生物計算機。

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