این دستگاه سوییچ، الکترت تک‌مولکولی، می‌تواند به پلتفرمی برای حافظه‌های غیرفرار مانند حافظه‌های فقط خواندنی (ROM) تبدیل شود. این قطعات الکترونیکی کوچک برای ساختن کامپیوترهای پیشرفته‌ای که چیپ‌های سیلیکونی را با مولکول‌ها جایگزین می‌کنند، ضروری تلقی می‌شوند.
بیشتر الکترت‌ها از همان موادی ساخته شده‌اند که باعث تولید صدا در بلندگوها می‌شود و یک جفت بار الکتریکی مخالف در یک مسیر ردیف می‌شوند. با اِعمال کردن میدان الکتریکی می‌توان جهت آن‌ها را برعکس کرد. همیشه تلاش بر این بوده که این الکترت‌ها با کوچک‌ترین سایز ممکن ساخته شوند.
مارک رید (Mark Reed) استاد مهندسی برق و فیزیک کاربردی دانشگاه Yale به یک الکترت تک‌مولکولی با حافظه کاربردی دست پیدا کرده است. آثار او به همراه پژوهش‌های همکاران دیگرش از دانشگاه Nanjing، دانشگاه Renmin، دانشگاه Xiamen و موسسه پلی‌تکنیک Rensslear در مجله علمی Nature Nanotechnology منتشر شده است.
محاسبات مولکولی چیست؟
محاسبات مولکولی علمِ استفاده از DNA، زیست‌شیمی و زیست مولکولی برای ساخت کامپیوتر است. دانشمندان تلاش می‌کنند به جای استفاده از سیلیکون، نرم‌افزارها را از طریق مواد مایع، لوله‌های آزمایش و سلول‌های زنده اجرا کنند تا سایز مدارها تا حد امکان کاهش پیدا کند.
چرا باید سیلیکون را جایگزین کرد؟
ریزپردازنده‌های سیلیکونی بیشتر از چهار دهه است که در دنیای محاسبات مورد استفاده قرار می‌گیرند. اما برای ساخت کامپیوترهای کوچک‌تر، مدارها باید کوچک شوند. با کوچک‌تر کردن مدارها، جریان عبوری از ترانزیستورها روی سایر اجزای مدار تاثیر گذاشته و باعث خراب شدن مدار می‌شود.
در نتیجه پژوهشگران ایده محاسبات مولکولی را مورد توجه قرار داده‌اند زیرا از این طریق می‌توان مدارهای بیشتری را با قیمتی پایین‌تر از سیلیکون در میکروچیپ جای داد. از آنجا که سایز مولکول‌ها تنها چند نانومتر است، می‌توان چیپست‌هایی را تولید کرد که تریلیون‌ها سوییچ و اجزای دیگر را در خودشان جای می‌دهند.
چه چیزهایی می‌توانند جایگزین سیلیکون شوند؟
دانشمندان روی گزینه‌های مختلفی کار می‌کنند، از DNA گرفته تا جایگزین کردن سیلیکون با محاسبات مولکولی. این موضوع می‌تواند انقلابی را در حوزه فناوری رقم بزند زیرا تنها یک توالی DNA به قدری گنجایش دارد که می‌تواند کل یک دایره‌المعارف را در خودش جا دهد.
محاسبات DNA اولین بار در سال 1994 مطرح شد. زمانی که لئونارد آدلمن (Leonard Adleman)، متخصص کامپیوتر آمریکایی، از ابزارهای زیست مولکولی برای حل یک مشکل محاسباتی دشوار استفاده کرد. گفته می‌شود این روش توانایی پیشی گرفتن از کامپیوترهای الکترونیکی را دارد.
DNA به دانشمندان این امکان را می‌دهد که راهکارهای مختلف را امتحان کرده و در آزمایشگاه به صورت همزمان روی میلیون‌ها رشته کار کنند. همانطور که کامپیوترها اطلاعات را در قالب بیت‌های داده ذخیره می‌کنند، مولکول‌های DNA نیز رشته‌هایی هستند که از آدنین، گوانین، سیتوزین و تیمین ساخته شده‌اند. این چهار مورد در کنار هم می‌توانند حجم زیادی داده را در خود ذخیره کنند.
می‌توان DNA را به نرم‌افزاری تشبیه کرد که تنها با استفاده از یک سلول، انسان را به وجود می‌آورد. DNA از نظر قدرت مشکلی ندارد زیرا هر قدر تعداد مولکول‌هایش بیشتر باشد قدرت آن بیشتر خواهد بود. در محاسبات DNA، بر خلاف کامپیوترهای سنتی، می‌توان میلیون‌ها عملیات را به صورت همزمان انجام داد.
برای مثال، یک سانتی‌متر مکعب DNA که 10 تریلیون مولکول DNA را شامل می‌شود، می‌تواند 10 تریلیون محاسبه را به صورت همزمان انجام داده و 10 ترابایت داده را در خود ذخیره کند. علاوه بر این، محاسبات DNA می‌تواند مکملی برای محاسبات کوانتومی به حساب بیاید.
البته با بزرگ‌تر شدن مسائل، تعداد راه‌حل‌های احتمالی نیز بیشتر می‌شود در نتیجه برای پیدا کردن تمام جواب‌های ممکن برای مسائل کوچک نیز، ممکن است به حجم قابل‌توجهی از DNA نیاز باشد.
هنوز راه زیادی تا دستیابی به این فناوری باقی مانده اما کوچک شدن کامپیوترها به کمک DNA می‌تواند راه را برای محاسبات مولکولی در آینده هموار کند.
در کنار محاسبات DNA، روش‌های محاسباتی زیستی دیگری هم وجود دارند که عبارتند از محاسبات غشایی، محاسبات تکاملی و محاسبات ویروسی.
از این فناوری در چه حوزه‌هایی استفاده خواهد شد؟
کامپیوترهای اولیه‌ای که از DNA استفاده می‌کنند به سرعت جایگزین کامپیوترهای سیلیکونی نمی‌شوند بلکه برای محاسبات پیشرفته توسط دولت‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرند. همچنین، این فناوری می‌تواند به درک بهتر فرایندهای زیستی کمک کند.
