Der Energieverbrauch des neuen Molekularcomputers ist extrem niedrig

Laut der britischen Wochenwebsite „New Scientist“ vom 1. Juli beträgt der Energieverbrauch von Computern, die Moleküle zur Lösung von Problemen verwenden, ein Zehntausendstel des Energieverbrauchs herkömmlicher Computer. Wenn sie größer gemacht werden, können diese Biocomputer komplexe Logistikprobleme effektiv lösen, die normalerweise viel Zeit und Mühe erfordern.

Während des größten Teils der Geschichte von Computern wurde die Größe des Chips kleiner, so dass auch die für den Betrieb erforderliche Energie kleiner wurde. Aber diese Beziehung brach vor etwa 15 Jahren zusammen, was bedeutet, dass Computer, die große Rechenaufgaben ausführen, nicht so energieeffizient sind, wie wir es uns einst erhofft hatten.

Eine Möglichkeit, zukünftige Computer energieeffizienter zu machen, könnte darin bestehen, die Elektronik ganz aufzugeben und auf Biologie umzusteigen. Thiel Koten und Kollegen von der Technischen Universität Dresden in Deutschland bauten einen Chip-basierten Biocomputer, der Moleküle nutzt, die sich durch Kanäle bewegen, um Probleme zu lösen.

Britische Medien: Der Energieverbrauch des neuen Molekularcomputers ist ultraniedrig

Dieser Chip besteht aus Glas. Um die Rechenaufgabe durchzuführen, füllten die Forscher den Chip mit einer Flüssigkeit, die ein Treiberproteinmolekül und Mikrotubuli enthielt.

Mikrotubuli bilden einen Teil des „Gerüsts“ innerhalb der Zelle, und die Treiberproteine ​​bewegen sich an ihnen entlang, um andere Moleküle zu transportieren. Aber das Design des Biocomputers kehrt diese Situation um. In einem Biocomputer, sagte Koten, „surfen“ Mikrotubuli, die sich in den Kanälen des Chips bewegen, tatsächlich auf dem Treiberprotein. Alle Mikrotubuli bewegen sich gleichzeitig, was bedeutet, dass viele Rechenaufgaben gleichzeitig durchgeführt werden können.

Die Mikrotubuli bewegen sich durch den Kanal, wobei jeder Pfad einer vorläufigen Lösung für den Computer entspricht. Die Forscher nahmen dann Bilder auf, um die Ausgabeinformationen des Biocomputers zu lesen und die erfolgreichste Lösung zu bestimmen.

Coten sagte, dass Biocomputer komplexe Kombinationsprobleme lösen können, wie zum Beispiel die Berechnung der besten Route für ein Flugzeug, das in mehreren Städten bleiben muss.

Henry Hess von der Columbia University in den Vereinigten Staaten sagte, der oben erwähnte neue Biocomputer sei ein großer Fortschritt im Vergleich zu der ersten Generation von Biocomputern, die vor einem Jahrzehnt hergestellt wurden.

Herkömmliche Computer sind in der Lage, bestimmte Probleme schneller zu lösen, aber um ein Kombinationsproblem zu lösen, das mehr Variablen enthält, kann es für einen elektronischen Computer Milliarden von Jahren dauern. Dan Nigulau von der McGill University in Kanada sagt, wie man die Rechengeschwindigkeit elektronischer Computer erhöhen kann, ist eine offene Frage, und für neue Biocomputer müssen Forscher nur mehr Moleküle hinzufügen, um das Problem innerhalb weniger Tage zu lösen. Mikrotubuli sind sehr klein und 1 Gramm Flüssigkeit kann Billionen von Mikrotubuli enthalten, was eine vorteilhafte Bedingung ist.

Die „Surf“-Moleküle verbrauchen außerdem nur ein Zehntel der Energie, die bei jedem Rechenschritt herkömmlicher Computer verbraucht wird. „Es ist verständlich, dass diese [molekularen] Motoren in einem evolutionären Prozess über 1 Milliarde Jahre hinweg optimiert wurden“, sagte Cotten. ”

Dieses neue Gerät ist mit Abstand das leistungsstärkste seiner Art, aber in Sachen Praktikabilität noch nicht ausgereift genug. Um in Bereichen wie der Logistik praktisch angewendet zu werden, benötigt der Computer des Teams mehr Moleküle, was eine Herausforderung für die Fertigungstechnologie darstellt, und Mikrotubuli, die sich „biegen“, wenn sie sich durch den Kanal bewegen, können mehr Fehler verursachen, sagte Cotten. „Die Biocomputer, die wir bauen, befinden sich in dem Zustand, in dem sich elektronische Computer befanden, als die Menschen anfingen, die ersten Transistoren zusammenzubauen“, sagte er. ”

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