Computadoras Moleculares, Cuánticas Y Fotonicas.

1. Computadoras moleculares, cuánticas y fotonicas.

Moleculares:

 Historia

Probablemente la primera vez que fue mencionada la computación sub-microscópica fue en la charla Hay Espacio de sobra allí abajo, por el físico Richard Feynman.

Leonard Adleman, de la Universidad del Sur de California inició el estudio en este campo, en 1994 . Adleman probó la utilidad, al menos teórica, del uso del ADN para resolver problemas. En particular, logró resolver el Problema del camino Hamiltoniano de 7 nodos. Desde los primeros experimentos de Adleman, se han realizado numerosos avances, y se ha probado que se pueden construir varias Máquinas de Turing.

Esta es una tecnología todavía en etapas bastante tempranas, por lo cual su uso existe más que nada como una opción teórica. Todavía usar computación convencional es una opción más eficiente que usar este método.

 Características

• Tamaño menor.

• Más rápidas.

• Almacenan más información que cualquier chip de una computadora convencional.

• Más de 10 trillones de moléculas de ADN podrían ocupar no más de 1 cm cúbico. Con esto, una computadora de ADN podría contener 10 TB de datos y una capacidad de 10 y trillones de procesos de cálculo al mismo tiempo.

• Los ordenadores moleculares resuelven problemas complejos rápidamente.

• A diferencia de los ordenadores convencionales más rápidos, se obtiene una mayor velocidad de ejecución, llegando incluso a ser 100.000 veces más rápidos que los tradicionales. La razón es que las reacciones químicas ocurren muy rápido y en paralelo, así que las moléculas de ADN sintetizadas con una estructura química, que representa información numérica, jugarán con una gran cantidad de números tal como procede en una reacción.

• Para llevar a cabo los cálculos los ordenadores ADN, que representan la información en términos de las unidades químicas de ADN, requieren sintetizar series específicas de ADN y permitirles reaccionar en una probeta; a diferencia de los convencionales, que realizan los cálculos mediante un programa que maneja la información, representada físicamente, reflejándose en el flujo de electrones a través de los circuitos lógicos.

• También contribuye a la configuración de este modelo la capacidad de procesamiento, y es que estos ordenadores son increíblemente ligeros, ya que aproximadamente con 1/2 Kg de ADN se obtiene más poder de procesamiento que con cualquiera de los ordenadores actuales.

• De esta composición se deduce que la colección de moléculas aporta al diseño del nuevo ordenador las características internas de húmedo y fluido en cuanto afecta a la unidad de procesamiento y memoria, por lo que debe prestarse atención al PH, la temperatura y las concentraciones de sal, como condiciones químicas que influirán en una óptima ejecución de los procesos.

• Codificación natural

• Los ordenadores ADN usan base 4 para representar los datos (adenina, tiamina, guanina y citosina), mientras que los ordenadores electrónicos usan base 2 en la forma de ceros y unos. Las bases de nitrógeno de ADN (A, T, G y C) son parte de los bloques básicos de construcción de la vida; usando estas cuatro letras, el ADN almacena la información que es manipulada por los organismos vivos casi exactamente de la misma manera que los ordenadores trabajan a través de cadenas de ceros y unos.

• La habilidad del emparejamiento de moléculas de ADN es lo que permite que se usen como modelo de datos abstracto en el laboratorio. Cada porción de datos se puede sintetizar mediante una única serie de ADN. El ADN forma una doble hélice —dos hebras de material: cada una envuelve a la otra—, que se debe principalmente a la atracción de los elementos individuales de cada hebra con los homólogos de su vecino. Los vínculos entre hebras están formados por cuatro aminoácidos (A, T, G y C). Cada aminoácido enlazará favorablemente sólo con uno de los otros. Los pares fuertes son A-T y G-C. El resto de enlaces son demasiado débiles para mantenerlos durante mucho tiempo .

 Aplicación

• Nano-Fabricación y autoemblaje de ADN. Se puede autoensablar el ADN en enredados de dos y tres dimensiones. Estas estructuras pueden utilizarse para la codificación de cálculos en formas más complejas.

• Problemas NP-Completos. Estos problemas requieren mucha búsqueda combinatoria para llegar a la solución y también se tiene que comprobar si la solución es la correcta. Estos problemas se resuelven gran cantidad de soluciones potenciales y cada solución se codifica en una molécula del ADN y a través de operaciones sobre el ADN recombinante se llegan a las soluciones correctas.

• Aumento de la capacidad de memoria.

• Procesamiento Paralelo. Cálculos en los que cada estado de un procesador se represeta por una hebra de ADN. Por ello podemos guardar en 1l de solución ADN aproximandamente unos 1000 procesadores.

• Hasta el momento este modelo tan reciente ha encontrado aplicación en los campos de la biología, la química, la medicina, como también en el de la informática en cuanto a seguridad de la información se refiere, como muestran los buenos resultados obtenidos en los sistemas de encriptación.

• Por otra parte la similitud entre las operaciones biológicas y matemáticas, junto a las características del ADN de estabilidad y predecibilidad en las reacciones, proporcionan la base para la codificación de la información en sistemas matemáticos. Por tanto, una vez codificada la información matemática, se podrían resolver problemas combinatorios de complejidad exponencial gracias a la capacidad de los ordenadores ADN de ser masivamente paralelos, contemplando así la posibilidad de trabajar problemas intratables, es decir aquellos en los que el lapso de tiempo para el cálculo crece exponencialmente con el tamaño de tales casos.

Cuánticas:

 Historia

Cuando teóricos tales como Richard Feynmann, del Ca- lifornia Institute of Technology, de Pasadena (California); Paul Benioff, de Argonne National Laboratory, en Illinois; David Deutsch, de la Universidad de Oxford, en Inglaterra, y Charles Bennett, del T.J. Watson Research Center de IBM en Yorktown Heights (Nueva York), propusieron por primera vez el concepto de las computadoras cuánticas en las décadas de

1970 y 1980, muchos científicos dudaron que alguna vez ese tipo de computadora pudiera resultar práctica. Pero en 1994, Peter Shor, de AT and T Research, describió un algoritmo cuántico específicamente diseñado para factorizar números grandes y exponencialmente más rápido que las computadoras convencionales, lo suficientemente rápido como para

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