¿Qué es la computación molecular?

La computación molecular es un término genérico para cualquier esquema computacional que utiliza átomos o moléculas individuales como un medio para resolver problemas computacionales. La computación molecular se asocia con mayor frecuencia con la computación de ADN, porque eso ha hecho el mayor progreso, pero también puede referirse a la compuerta cuántica o las puertas de lógica molecular. Todas las formas de computación molecular están actualmente en pañales, pero a la larga es probable que reemplacen a las computadoras de silicio tradicionales, que sufren barreras para niveles más altos de rendimiento.

Un solo kilogramo de carbono contiene 5 x 10 ²⁵ átomos. Imagínese si pudiéramos usar solo 100 átomos para almacenar un solo bit o realizar una operación computacional. Usando un paralelismo masivo, una computación molecular que pesa solo un kilogramo podría procesar más de 10 ²⁷ operaciones por segundo, más de mil millones de veces más rápido que la mejor supercomputadora de hoy, que opera a aproximadamente 10 ¹⁷ operaciones por segundo. Con un poder computacional mucho mayor, podríamos lograr hazañas de cálculo y simulación inimaginables para nosotros hoy.

Diferentes propuestas para computadoras moleculares varían en los principios de su funcionamiento. En la computación de ADN, el ADN sirve como software, mientras que las enzimas sirven como hardware. Las cadenas de ADN sintetizadas a medida se combinan con enzimas en un tubo de ensayo y, dependiendo de la longitud de la cadena de salida resultante, se puede derivar una solución. El cómputo de ADN es extremadamente poderoso en su potencial, pero tiene grandes inconvenientes. El cálculo del ADN no es universal, lo que significa que hay problemas que no puede resolver, ni siquiera en principio. Solo puede devolver respuestas de sí o no a problemas computacionales. En 2002, los investigadores en Israel crearon una computadora de ADN que podía realizar 330 billones de operaciones por segundo, más de 100,000 veces más rápido que la velocidad de la PC más rápida en ese momento.

Otra propuesta para la computación molecular es la computación cuántica. La computación cuántica aprovecha los efectos cuánticos para realizar la computación, y los detalles son complicados. La computación cuántica depende de átomos sobreenfriados bloqueados en estados entrelazados entre sí. Un desafío importante es que a medida que aumenta el número de elementos computacionales (qubits), se hace cada vez más difícil aislar la computadora cuántica de la materia en el exterior, lo que hace que se decohere, elimine los efectos cuánticos y restaure la computadora a un estado clásico. Esto arruina el cálculo. La computación cuántica aún puede convertirse en aplicaciones prácticas, pero muchos físicos y científicos informáticos siguen siendo escépticos.

Una computadora molecular aún más avanzada implicaría puertas lógicas a nanoescala o componentes nanoelectrónicos que realicen el procesamiento de una manera más convencional, universal y controlada. Desafortunadamente, actualmente carecemos de la capacidad de fabricación necesaria para fabricar dicha computadora. Sería necesaria una robótica a nanoescala capaz de colocar cada átomo en la configuración deseada para realizar este tipo de computadora molecular. Se están realizando esfuerzos preliminares para desarrollar este tipo de robótica, pero un avance importante podría llevar décadas.