生物計(jì)算機(jī)時(shí)代即將來(lái)臨

程姝穎 成都市第七中學(xué)（高新校區(qū)）

引言：生物計(jì)算機(jī)是一種芯片由生物材料制成新型計(jì)算機(jī)，其內(nèi)部信息是以波的形式沿著蛋白質(zhì)分子鏈進(jìn)行進(jìn)行傳播。相比于電子計(jì)算機(jī)，生物計(jì)算機(jī)的速度和存儲(chǔ)性能都大幅提升。目前，傳統(tǒng)電子計(jì)算機(jī)被廣泛的應(yīng)用在各個(gè)領(lǐng)域，如醫(yī)療，工業(yè)等。但由于其硬件速度提升較慢，存儲(chǔ)容量受限，已嚴(yán)重的限制了這些領(lǐng)域尖端產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，例如在無(wú)人車(chē)在導(dǎo)航過(guò)程中難以實(shí)時(shí)處理數(shù)據(jù)[3]。為了解決上述傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)所存在的問(wèn)題，并避免其對(duì)各尖端產(chǎn)業(yè)的影響，本文就生物計(jì)算機(jī)的發(fā)展和潛在應(yīng)用，以及生物計(jì)算機(jī)時(shí)代即將來(lái)臨的趨勢(shì)進(jìn)行分析。

1.生物計(jì)算機(jī)的背景和定義

生物計(jì)算機(jī)是一種以生物芯片而非傳統(tǒng)半導(dǎo)體硅片作為CPU，并以波的形式傳播信息的新型計(jì)算機(jī)，其亦可被稱(chēng)為仿生計(jì)算機(jī)。目前我國(guó)的生物計(jì)算機(jī)研究涉及了多個(gè)領(lǐng)域，包括生物工程，生物物理，分子生物，計(jì)算機(jī)科學(xué)，電子工程等。然其產(chǎn)生與工藝制作和傳統(tǒng)圖靈計(jì)算機(jī)模型仍密不可分。本文接下來(lái)將詳細(xì)介紹生物計(jì)算機(jī)的幾種類(lèi)型。

1.1 蛋白質(zhì)計(jì)算機(jī)

所謂的蛋白質(zhì)計(jì)算機(jī)，就是以蛋白質(zhì)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律作為計(jì)算機(jī)運(yùn)行基本模型，在早些年，相關(guān)科技人員就制備出一種含細(xì)菌視紫紅質(zhì)蛋白的光電器件，從蛋白質(zhì)良好的二態(tài)性上受到了啟發(fā)，利用蛋白質(zhì)計(jì)算模型，其具有更大的存儲(chǔ)信息的能力，信息的讀取可以通過(guò)激光來(lái)進(jìn)行，而且在更進(jìn)一步的研究之中，可以想象蛋白質(zhì)計(jì)算機(jī)將具有劃時(shí)代的意義。

1.2 DNA/RNA計(jì)算機(jī)

DNA計(jì)算機(jī)的核心就在于它的DNA計(jì)算模式，通過(guò)該模式，可高效解決生命科學(xué)、信息科學(xué)中的問(wèn)題以及數(shù)學(xué)難題等。生物計(jì)算機(jī)是利用生物酶和以DNA為主的蛋白質(zhì)以及DNA分子中堿基的多種排列所包含的特殊信息來(lái)進(jìn)行可控計(jì)算。它的運(yùn)算速度快,僅僅一周內(nèi)便可運(yùn)算出迄今為止的所有電子計(jì)算機(jī)所不能實(shí)現(xiàn)的數(shù)據(jù)量。由于其以蛋白質(zhì)為信息載體，因此生物計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)能力非常強(qiáng)。例如，每一立方米的DNA 溶液可存儲(chǔ)高達(dá)一萬(wàn)億億的二進(jìn)制數(shù)據(jù)。相當(dāng)于當(dāng)前傳統(tǒng)電子計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)容量的上億倍。最后，也是最重要的就是，DNA 計(jì)算機(jī)具有十分穩(wěn)定的功能，DNA計(jì)算機(jī)能夠穩(wěn)定的運(yùn)行，這離不開(kāi)DNA 分子存在的生物活性以及分子之間的吸引力。

2.生物計(jì)算機(jī)的影響及應(yīng)用

2.1 生物計(jì)算機(jī)使中國(guó)的國(guó)防競(jìng)爭(zhēng)力提升

先進(jìn)的國(guó)防技術(shù)對(duì)一個(gè)國(guó)家的安全起著至關(guān)重要的決定作用，是中國(guó)在國(guó)際舞臺(tái)保持競(jìng)爭(zhēng)力的前提。目前， DNA計(jì)算機(jī)運(yùn)算已經(jīng)達(dá)到了驚人的速度，使得當(dāng)前的電子密碼系統(tǒng)在 DNA 計(jì)算機(jī)面前來(lái)講可以說(shuō)是已經(jīng)失去了其本身所具有的意義，而且生物計(jì)算機(jī)能夠需要根據(jù)不同的情況進(jìn)行全新的密碼系統(tǒng)設(shè)計(jì)，從某種意義上來(lái)講，如果一個(gè)國(guó)家能夠自行的成功的研制出來(lái)一臺(tái)DNA計(jì)算機(jī)，那說(shuō)明這個(gè)國(guó)家的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力是任何一個(gè)國(guó)家都無(wú)法逾越的。

2.2 生物計(jì)算機(jī)推動(dòng)社會(huì)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展

生物計(jì)算機(jī)除了應(yīng)用在國(guó)防技術(shù)中，更多應(yīng)用在社會(huì)實(shí)踐和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展中。它不僅使社會(huì)服務(wù)更加周到便利，也對(duì)科學(xué)技術(shù)的研究起到了助推作用。例如，生物計(jì)算機(jī)在社會(huì)安全的應(yīng)用。就拿手機(jī)詐騙的例子來(lái)說(shuō)，現(xiàn)代電子計(jì)算機(jī)的追蹤不能做到精準(zhǔn)快速，但生物計(jì)算機(jī)以其運(yùn)算速度快的優(yōu)勢(shì)，可以進(jìn)行高效的追蹤，從而追查到詐騙者。還比如現(xiàn)代行車(chē)記錄儀等攝像工具大多使用電子計(jì)算機(jī)操控，但由于電子計(jì)算機(jī)儲(chǔ)存能力有限，過(guò)去的錄像信息需要及時(shí)的刪除替換，但生物計(jì)算機(jī)憑借其高儲(chǔ)存容量的優(yōu)勢(shì)，可以獲取到更久遠(yuǎn)的錄像。由此看來(lái)，生物計(jì)算機(jī)可以大大提升社會(huì)穩(wěn)定性以及公民安全感。

2.3 帶動(dòng)其他學(xué)科知識(shí)的進(jìn)步

生物計(jì)算機(jī)的發(fā)展與其他各個(gè)學(xué)科的發(fā)展與進(jìn)步也是密不可分的，以DNA計(jì)算機(jī)為例，在面對(duì)一些很難計(jì)算的數(shù)學(xué)以及運(yùn)籌等問(wèn)題時(shí)，這對(duì)于DNA計(jì)算機(jī)來(lái)說(shuō)，都是些雞毛蒜皮的小問(wèn)題，還有非線性科學(xué)、生命科學(xué)、量子科學(xué)、納米科學(xué)等等，都將會(huì)在DNA計(jì)算機(jī)的發(fā)展后取得巨大的飛躍，因此，DNA 計(jì)算機(jī)的研制必將會(huì)促進(jìn)其他相關(guān)學(xué)科知識(shí)的發(fā)展與進(jìn)步。

3.生物計(jì)算機(jī)的發(fā)展前景

現(xiàn)階段，我國(guó)的生物計(jì)算機(jī)具有十分良好的發(fā)展前景，其發(fā)展特別迅速，目前，生物計(jì)算機(jī)主要有兩個(gè)研究方向，分別是制造有機(jī)分子元件的分子計(jì)算機(jī)和基于人工智能，例如模擬大腦神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)新型計(jì)算機(jī)，除此之外，還有基于超分子芯片，細(xì)胞計(jì)算以及生物分子等方向的研究，都是生物計(jì)算機(jī)將要研究的內(nèi)容，在生物計(jì)算機(jī)蓬勃興起的現(xiàn)階段，全世界都正在進(jìn)行積極地進(jìn)行著研發(fā)，提出更先進(jìn)的措施及方法，生物計(jì)算機(jī)這一技術(shù)目前還面臨著巨大的困難與挑戰(zhàn)，但是，隨著社會(huì)的不斷發(fā)展，人類(lèi)智慧的不斷進(jìn)步，任何的困難與挑戰(zhàn)都將很快的被提出并解決，人類(lèi)必將進(jìn)入生物計(jì)算機(jī)化的時(shí)代，生物計(jì)算機(jī)的商業(yè)化繁榮也即將就要到來(lái)。

結(jié)語(yǔ)：綜上所述，科技的發(fā)展促使計(jì)算機(jī)的革新，從電子計(jì)算機(jī)到生物計(jì)算機(jī)，生物計(jì)算機(jī)克服了電子計(jì)算機(jī)儲(chǔ)存容量小、計(jì)算速度慢的問(wèn)題。本文從生物計(jì)算機(jī)的概念及背景入手，介紹了蛋白質(zhì)計(jì)算機(jī)和DNA RNA計(jì)算機(jī)，并對(duì)其影響及應(yīng)用進(jìn)行了闡述，預(yù)見(jiàn)了它的廣闊發(fā)展前景。因此，生物計(jì)算機(jī)憑借其運(yùn)算速度快，儲(chǔ)存容量高等優(yōu)勢(shì)，即將開(kāi)拓一個(gè)新的計(jì)算機(jī)時(shí)代，這個(gè)時(shí)代即將來(lái)臨。