Биологические компьютеры используют цепи ДНК, с помощью которой кодируется информация. Аппаратной частью выступают ферменты, а аналогами привычных для нас «0» и «1» являются A (аденин), T (тимин), C (цитозин), G (гуанин). Олигонуклеатиды A, T, C, G располагаются на ДНК, а их последовательность определяет закодированную информацию. При определенных условиях, входящие в их состав атомы водорода притягиваются друг к другу и образуют пары A – T, C – G. Для работы ДНК-компьютера необходимы так называемые «дополнения Ватсона-Крика». Раствор, состоящий из этих дополнений, ДНК и природного химиката, например, лигазы и есть аналоговый биокомпьютер. С помощью лигазы происходит склеивание ДНК и образуется множество возможных вариантов решения задачи. После этого необходимо убрать неправильные варианты и выбрать требуемый. Для решения этой задачи применяется метод Polymeraza Chain Reaction (PCR) - цепочечная реакция полимеразы на внешние раздражители. После этого производится фильтрация, например, добавление химикатов, нагрев или использование электромагнитных полей. После этого в растворе останутся только искомые решения. Полученную информацию можно считать и использовать для проведения следующей операции ПРИМЕЧАНИЕ В одном миллилитре ДНК содержится больше информации, чем на триллионе компакт-дисков! Одна из первых задач, решенных с помощью биокомпьютера была задача «коммивояжера». В 1994 г. ее решил профессор Леонард Адлеман из университета Южной Калифорнии. Он решил ее для 7 городов и 13 дорог между ними.  В 2002 году в журнале Science группа исследователей во главе с профессором Эхуд Шапиро (Ehud Shapiro) из Вейсманнского института опубликовали статью, в которой описан ДНК-компьютер. По словам руководителя проекта, они построили компьютер из молекул ДНК. По утверждениям ученых, компьютер, состоящий из 1-го триллиона таких молекул, может обрабатывать 1 млрд. операций в секунду с точностью 99,8%. 

44. Перспективы развития вычислительных средств. Оптические и квантовые компьютеры.

38 Оптические компьютеры

Мы уже рассматривали ранее оптические кабели и их применение в широкополосных линиях связи для передачи огромных массивов информации. «Оптика» сейчас все больше заменяет собой медные кабели. Однако при применении оптоволоконного кабеля имеется узкое место - медиаконвертер. В его задачи входит преобразование светового сигнала в электрический и обратно. Теоретически быстродействие электронных коммутаторов ограничено скоростью в 50 Гбит/с. Если же убрать электронные устройства и заменить их оптическими, то скорость передачи информации возрастет многократно. ПРИМЕЧАНИЕ Например, ученые из университета Торонто создали молекулы жидких кристаллов, управляющие светом в фотонном кристалле на базе кремния. Они считают возможным создание оптических ключей и проводников, способных выполнять все функции электронных компьютеров. Будущее оптических компьютеров туманно, прежде всего, из-за трех аспектов. Во-первых, сегодня отсутствует ряд необходимых для их создания материалов, появление которых ожидается в к 2010 году. Во-вторых, после этого пройдет какое-то время, требуемое для их разработки и аппаратной реализации. И, наконец, стоимость, как любая новая технология, оптические компьютеры будут дешеветь только в том случае, если удастся обеспечить из массовое производство и продажу. Однако имеется ряд прорывных разработок. Например, исследователи компании Intel  и Университета Калифорнии в Санта-Барбаре (UCSB) сообщили, что им удалось создать первый в мире гибридный кремниевый чип HSL (Hybrid Silicon Laser). Достижение ученых позволяет перешагнуть терабитный барьер скорости при работе с процессорами. Чип создан по гибридной технологии, сочетающей традиционную кремниевую схему и фосфид индия. Под воздействием напряжения фосфид индия излучает свет, таким образом микросхема переводит электрические импульсы. Чип HSL можно использовать для передачи световой информации другим гибридных кремниевым устройствам. ^

8.6. Квантовые компьютеры

Квантовые компьютеры основаны на принципах квантовой механики и состоят из компонентов субатомного размера. Единица измерения информации в таких компьютерах – квантовый бит или q-бит (кубит). Он может находится в состоянии «0» (выключено), «1» (включено) и в переходном состоянии (рис. 8.6). Двум значениям кубита могут соответствовать, например, основное и возбужденное состояния атома, направления вверх и вниз спина атомного ядра, направление тока в сверхпроводящем кольце, два возможных положения электрона вполупроводнике и т.п. ПРИМЕЧАНИЕ 32 q-бита могут образовать свыше 4 млрд. комбинаций!!! Рис. 8.6. Квантовый бит. Квантовый регистр (рис. 8.7) устроен почти так же, как и классический. Это цепочка квантовых битов, над которыми можно проводить одно- и двухбитовые логические операции (подобно применению операций НЕ, 2И-НЕ и т.п. в классическом регистре)3. Рис. 8.7. Квантовый регистр. Прототипы квантовых компьютеров существуют уже сегодня. Правда, пока что экспериментально удается собирать лишь небольшие регистры, состоящие всего из нескольких квантовых битов. Так, недавно группа, возглавляемая американским физиком И. Чангом (IBM), объявила о сборке 5-битового квантового компьютера. Несомненно, это большой успех. К сожалению, существующие квантовые системы еще не способны обеспечить надежные вычисления, так как они либо недостаточно управляемы, либо очень подвержены влиянию шумов. Внедрение квантовых компьютеров не приведет к решению принципиально не решаемых классических задач, а лишь ускорит некоторые вычисления. Кроме того, станет возможна квантовая связь - передача кубитов на расстояние, что приведет к возникновению своего рода квантового Интернета. Квантовая связь позволит обеспечить защищенное (законами квантовой механики) от подслушивания соединение всех желающих друг с другом. Ваша информация, хранимая в квантовых базах данных, будет надежнее защищена от копирования, чем сейчас. Фирмы, производящие программы для квантовых компьютеров, смогут уберечь их от любого, в том числе и незаконного, копирования. ^