Molekularno računanje je generički izraz za bilo koju računsku shemu koja koristi pojedinačne atome ili molekule kao sredstvo za rješavanje računskih problema. Molekularno računalstvo najčešće se povezuje s računanjem DNK, jer je ono postiglo najveći napredak, ali se može odnositi i na kvantno računanje ili molekularna logička vrata. Svi oblici molekularnog računalstva trenutno su u povojima, ali će dugoročno vjerojatno zamijeniti tradicionalna silicijska računala, koja trpe prepreke za više razine performansi.
Jedan kilogram ugljika sadrži 5 x 1025 atoma. Zamislite kad bismo mogli koristiti samo 100 atoma za pohranjivanje jednog bita ili izvođenje računske operacije. Koristeći masivni paralelizam, molekularno računalo teško samo kilogram moglo bi obraditi više od 1027 operacija u sekundi, više od milijardu puta brže od današnjeg najboljeg superračunala, koje radi s oko 1017 operacija u sekundi. S toliko većom računskom snagom mogli bismo postići za nas danas nezamislive podvige izračunavanja i simulacije.
Različiti prijedlozi za molekularna računala razlikuju se u principima njihova rada. U računanju DNK, DNK služi kao softver, dok enzimi služe kao hardver. Prilagođeno sintetizirani lanci DNA kombiniraju se s enzimima u epruveti, a ovisno o duljini rezultirajućeg izlaznog lanca, može se izvesti otopina. Računanje DNK iznimno je moćno u svom potencijalu, ali pati od velikih nedostataka. Računanje DNK nije univerzalno, što znači da postoje problemi koje ne može, čak ni načelno, riješiti. Može vratiti samo da ili ne odgovore na računske probleme. Godine 2002. istraživači u Izraelu stvorili su DNK računalo koje je moglo izvesti 330 trilijuna operacija u sekundi, više od 100,000 XNUMX puta brže od brzine najbržeg PC-a u to vrijeme.
Drugi prijedlog za molekularno računanje je kvantno računanje. Kvantno računalstvo koristi prednosti kvantnih efekata za obavljanje računanja, a detalji su komplicirani. Kvantno računanje ovisi o prehlađenim atomima koji su međusobno povezani u zapetljanim stanjima. Veliki izazov je da kako se broj računskih elemenata (kubita) povećava, postaje sve teže izolirati kvantno računalo od materije izvana, uzrokujući njegovo dekoheriranje, eliminirajući kvantne efekte i vraćajući računalo u klasično stanje. Ovo uništava izračun. Kvantno računalstvo možda se još može razviti u praktične primjene, ali mnogi fizičari i računalni znanstvenici ostaju skeptični.
Još naprednije molekularno računalo uključivalo bi nanorazmjerna logička vrata ili nanoelektroničke komponente koje provode obradu na konvencionalniji, univerzalniji i kontroliraniji način. Nažalost, trenutno nam nedostaju proizvodne mogućnosti potrebne za proizvodnju takvog računala. Robotika nanorazmjera sposobna smjestiti svaki atom u željenu konfiguraciju bila bi neophodna za realizaciju ovog tipa molekularnog računala. Preliminarni napori za razvoj ove vrste robotike su u tijeku, ali bi veliki napredak mogao potrajati desetljećima.