生物計算機時代即將來臨

程姝穎 成都市第七中學（高新校區）

引言：生物計算機是一種芯片由生物材料制成新型計算機，其內部信息是以波的形式沿著蛋白質分子鏈進行進行傳播。相比于電子計算機，生物計算機的速度和存儲性能都大幅提升。目前，傳統電子計算機被廣泛的應用在各個領域，如醫療，工業等。但由于其硬件速度提升較慢，存儲容量受限，已嚴重的限制了這些領域尖端產業的發展，例如在無人車在導航過程中難以實時處理數據[3]。為了解決上述傳統計算機所存在的問題，并避免其對各尖端產業的影響，本文就生物計算機的發展和潛在應用，以及生物計算機時代即將來臨的趨勢進行分析。

1.生物計算機的背景和定義

生物計算機是一種以生物芯片而非傳統半導體硅片作為CPU，并以波的形式傳播信息的新型計算機，其亦可被稱為仿生計算機。目前我國的生物計算機研究涉及了多個領域，包括生物工程，生物物理，分子生物，計算機科學，電子工程等。然其產生與工藝制作和傳統圖靈計算機模型仍密不可分。本文接下來將詳細介紹生物計算機的幾種類型。

1.1 蛋白質計算機

所謂的蛋白質計算機，就是以蛋白質的運動規律作為計算機運行基本模型，在早些年，相關科技人員就制備出一種含細菌視紫紅質蛋白的光電器件，從蛋白質良好的二態性上受到了啟發，利用蛋白質計算模型，其具有更大的存儲信息的能力，信息的讀取可以通過激光來進行，而且在更進一步的研究之中，可以想象蛋白質計算機將具有劃時代的意義。

1.2 DNA/RNA計算機

DNA計算機的核心就在于它的DNA計算模式，通過該模式，可高效解決生命科學、信息科學中的問題以及數學難題等。生物計算機是利用生物酶和以DNA為主的蛋白質以及DNA分子中堿基的多種排列所包含的特殊信息來進行可控計算。它的運算速度快,僅僅一周內便可運算出迄今為止的所有電子計算機所不能實現的數據量。由于其以蛋白質為信息載體，因此生物計算機的存儲能力非常強。例如，每一立方米的DNA 溶液可存儲高達一萬億億的二進制數據。相當于當前傳統電子計算機的存儲容量的上億倍。最后，也是最重要的就是，DNA 計算機具有十分穩定的功能，DNA計算機能夠穩定的運行，這離不開DNA 分子存在的生物活性以及分子之間的吸引力。

2.生物計算機的影響及應用

2.1 生物計算機使中國的國防競爭力提升

先進的國防技術對一個國家的安全起著至關重要的決定作用，是中國在國際舞臺保持競爭力的前提。目前， DNA計算機運算已經達到了驚人的速度，使得當前的電子密碼系統在 DNA 計算機面前來講可以說是已經失去了其本身所具有的意義，而且生物計算機能夠需要根據不同的情況進行全新的密碼系統設計，從某種意義上來講，如果一個國家能夠自行的成功的研制出來一臺DNA計算機，那說明這個國家的國際競爭力是任何一個國家都無法逾越的。

2.2 生物計算機推動社會科學技術的發展

生物計算機除了應用在國防技術中，更多應用在社會實踐和科學技術的發展中。它不僅使社會服務更加周到便利，也對科學技術的研究起到了助推作用。例如，生物計算機在社會安全的應用。就拿手機詐騙的例子來說，現代電子計算機的追蹤不能做到精準快速，但生物計算機以其運算速度快的優勢，可以進行高效的追蹤，從而追查到詐騙者。還比如現代行車記錄儀等攝像工具大多使用電子計算機操控，但由于電子計算機儲存能力有限，過去的錄像信息需要及時的刪除替換，但生物計算機憑借其高儲存容量的優勢，可以獲取到更久遠的錄像。由此看來，生物計算機可以大大提升社會穩定性以及公民安全感。

2.3 帶動其他學科知識的進步

生物計算機的發展與其他各個學科的發展與進步也是密不可分的，以DNA計算機為例，在面對一些很難計算的數學以及運籌等問題時，這對于DNA計算機來說，都是些雞毛蒜皮的小問題，還有非線性科學、生命科學、量子科學、納米科學等等，都將會在DNA計算機的發展后取得巨大的飛躍，因此，DNA 計算機的研制必將會促進其他相關學科知識的發展與進步。

3.生物計算機的發展前景

現階段，我國的生物計算機具有十分良好的發展前景，其發展特別迅速，目前，生物計算機主要有兩個研究方向，分別是制造有機分子元件的分子計算機和基于人工智能，例如模擬大腦神經網絡結構新型計算機，除此之外，還有基于超分子芯片，細胞計算以及生物分子等方向的研究，都是生物計算機將要研究的內容，在生物計算機蓬勃興起的現階段，全世界都正在進行積極地進行著研發，提出更先進的措施及方法，生物計算機這一技術目前還面臨著巨大的困難與挑戰，但是，隨著社會的不斷發展，人類智慧的不斷進步，任何的困難與挑戰都將很快的被提出并解決，人類必將進入生物計算機化的時代，生物計算機的商業化繁榮也即將就要到來。

結語：綜上所述，科技的發展促使計算機的革新，從電子計算機到生物計算機，生物計算機克服了電子計算機儲存容量小、計算速度慢的問題。本文從生物計算機的概念及背景入手，介紹了蛋白質計算機和DNA RNA計算機，并對其影響及應用進行了闡述，預見了它的廣闊發展前景。因此，生物計算機憑借其運算速度快，儲存容量高等優勢，即將開拓一個新的計算機時代，這個時代即將來臨。