L’informatique moléculaire est un terme générique pour tout schéma informatique qui utilise des atomes ou des molécules individuels comme moyen de résoudre des problèmes informatiques. L’informatique moléculaire est le plus souvent associée à l’informatique ADN, car c’est elle qui a le plus progressé, mais elle peut aussi faire référence à l’informatique quantique ou aux portes logiques moléculaires. Toutes les formes d’informatique moléculaire en sont actuellement à leurs balbutiements, mais à long terme, elles remplaceront probablement les ordinateurs traditionnels au silicium, qui souffrent d’obstacles à des niveaux de performances plus élevés.
Un seul kilogramme de carbone contient 5 x 1025 atomes. Imaginez si nous pouvions utiliser seulement 100 atomes pour stocker un seul bit ou effectuer une opération de calcul. En utilisant un parallélisme massif, un calcul moléculaire pesant à peine un kilogramme pourrait traiter plus de 1027 opérations par seconde, plus d’un milliard de fois plus rapidement que le meilleur supercalculateur d’aujourd’hui, qui fonctionne à environ 1017 opérations par seconde. Avec une puissance de calcul tellement plus grande, nous pourrions réaliser des prouesses de calcul et de simulation inimaginables pour nous aujourd’hui.
Différentes propositions d’ordinateurs moléculaires varient dans les principes de leur fonctionnement. Dans le calcul de l’ADN, l’ADN sert de logiciel tandis que les enzymes servent de matériel. Des brins d’ADN synthétisés sur mesure sont combinés avec des enzymes dans un tube à essai, et en fonction de la longueur du brin de sortie résultant, une solution peut être dérivée. Le calcul de l’ADN est extrêmement puissant dans son potentiel, mais souffre d’inconvénients majeurs. Le calcul de l’ADN n’est pas universel, ce qui signifie qu’il y a des problèmes qu’il ne peut pas, même en principe, résoudre. Il ne peut renvoyer que des réponses oui ou non aux problèmes de calcul. En 2002, des chercheurs israéliens ont créé un ordinateur à ADN capable d’effectuer 330 100,000 milliards d’opérations par seconde, soit plus de XNUMX XNUMX fois plus rapide que la vitesse du PC le plus rapide de l’époque.
Une autre proposition pour l’informatique moléculaire est l’informatique quantique. L’informatique quantique tire parti des effets quantiques pour effectuer des calculs, et les détails sont compliqués. L’informatique quantique dépend d’atomes surfondus verrouillés dans des états intriqués les uns avec les autres. Un défi majeur est qu’au fur et à mesure que le nombre d’éléments de calcul (qubits) augmente, il devient de plus en plus difficile d’isoler l’ordinateur quantique de la matière à l’extérieur, provoquant sa décohère, éliminant les effets quantiques et rétablissant l’ordinateur à un état classique. Cela gâche le calcul. L’informatique quantique peut encore être développée en applications pratiques, mais de nombreux physiciens et informaticiens restent sceptiques.
Un ordinateur moléculaire encore plus avancé impliquerait des portes logiques à l’échelle nanométrique ou des composants nanoélectroniques effectuant le traitement d’une manière plus conventionnelle, universelle et contrôlée. Malheureusement, nous manquons actuellement de la capacité de fabrication nécessaire pour fabriquer un tel ordinateur. Une robotique nanométrique capable de placer chaque atome dans la configuration souhaitée serait nécessaire pour réaliser ce type d’ordinateur moléculaire. Des efforts préliminaires pour développer ce type de robotique sont en cours, mais une percée majeure pourrait prendre des décennies.