L’Informatique moléculaire est un terme générique pour tout système de calcul qui utilise des atomes ou molécules comme un moyen de résoudre des problèmes de calcul. Informatique moléculaire est le plus souvent associée à l'ADN informatique, car qui a fait le plus de progrès, mais il peut également se référer à l'informatique quantique ou portes logiques moléculaires. Toutes les formes de l'informatique moléculaire sont actuellement dans leur enfance, mais dans le long terme, sont susceptibles de remplacer les ordinateurs traditionnels en silicium, qui souffrent des obstacles à des niveaux plus élevés de performance.
Un seul kilogramme de carbone contient 5 x 1025 atomes. Imaginez si nous pouvions utiliser que 100 atomes pour stocker un seul bit ou d'effectuer une opération de calcul. Utilisation 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 rapide que le meilleur supercalculateur actuel, qui fonctionne à environ 1017 opérations par seconde. Avec une puissance de calcul d'autant plus grande, que nous pourrions réaliser des prouesses de calcul et de simulation aujourd'hui inimaginable pour nous.
Les différentes propositions pour les ordinateurs moléculaires varient dans les principes de leur fonctionnement. En informatique ADN, l'ADN sert le logiciel alors que les enzymes servir du 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. Calcul ADN est extrêmement puissant dans son potentiel, mais souffre d'inconvénients majeurs. Calcul ADN n'est pas universelle, ce qui signifie qu'il ya des problèmes, il ne peut pas, même en principe, résoudre. Il ne peut revenir oui-ou-pas de réponses à des problèmes informatiques. En 2002, des chercheurs en Israël a créé un ordinateur à ADN qui pourrait effectuer 330 trillions d'opérations par seconde, plus de 100.000 fois plus rapide que la vitesse du PC le plus rapide à l'époque.
Une autre proposition pour le calcul moléculaire est l'informatique quantique. L'informatique quantique tire profit des effets quantiques pour effectuer des calculs, et les détails sont compliqués. L'informatique quantique dépend atomes de surfusion enfermés dans des états intriqués les uns aux autres. Un défi majeur est 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, l'amenant à perdre sa cohérence, ce qui élimine les effets quantiques et de restaurer l'ordinateur à un état classique. Cette ruine le calcul. L'informatique quantique peut encore être développé dans des applications pratiques, mais de nombreux physiciens et des informaticiens restent sceptiques.
Un ordinateur encore plus avancé moléculaire impliquerait portes logiques ou des composants nanométriques nanoélectroniques conducteurs de traitement d'une manière plus conventionnelle, de manière universelle, et contrôlée. Malheureusement, nous manquons actuellement de la capacité de production nécessaire pour fabriquer un tel ordinateur. Robotique nanométriques capables de placer chaque atome dans la configuration souhaitée serait nécessaire pour réaliser ce type d'ordinateur moléculaire. Efforts préliminaires pour développer ce type de robotique sont en cours, mais une percée majeure pourrait prendre des décennies.