第六代計算機

在20世紀的科學技術發展史中，時間短暫但對人類社會影響卻十分深遠的發明，首推電子計算機。電子計算機是20世紀最重大的科技成就之一。自1946年世界上第一臺電子計算機“埃尼阿克”誕生以來，計算機科學技術得到了驚人的發展，已經經歷了第一代電子管計算機、第二代晶體管計算機、第三代集成電路計算機、第四代大規模集成電路計算機的更新。截止到1985年，出現了第五代人工智能計算機——神經計算機。其特點是可以實現分布式聯想記憶，并能在一定程度上模擬人和動物的學習功能。但作為計算機核心元件的集成電路的制造工藝已達到理論極限，在處理一些復雜的科研所遇到的大量數據時，現有的計算機的運算速度和能力顯得無能為力了。因此，20世紀80年代以來，生物工程學家對人腦、神經元和感受器的研究傾注了很大精力，以期研制出可以模擬人腦思維、低耗、高效的第六代計算機——生物計算機。

20世紀80年代，美國、日本、前蘇聯等國家開始著手研制第六代計算機即生物計算機。早在20世紀70年代，人們就發現脫氧核糖核酸(DNA)處于不同狀態時可以代表“有信息”或“無信息”。于是，科學家設想：假若有機物的分子也具有這種“開”和“關”的功能。那豈不可以把它們作為計算機的基本構件，從而造出“有機物計算機”嗎?后來有科學家發現，一些半醌類有機化合物的分子具備“開”和“關”2種電態功能，可以把它當成一個開關。科學家們還進一步發現，蛋白質分子中的氫也具備“開”和“關”2種電態功能，因而也可以把一個蛋白質分子當成一個開關。這一系列發現激起了科學家們研制生物電子元件的靈感，相繼有一些簡單的生物元件問世，如生物開關元件、生物記憶元件等。

從理論上說，只要是用半醌類有機化合物的分子或蛋白質的分子作元件，就能制造出“半醌型”或“蛋白質型”的計算機。由于有機物分子總是存在于生物體內，所以人們把這種有機物計算機稱作“生物計算機”或“分子計算機”。

由有機物分子作為開關元件而構成的生物計算機，具有幾個方面的突出優點。

首先是密集度高。由于DNA生物電子元件比硅芯片上的電子元件要小很多，而且生物芯片本身具有天然獨特的立體化結構，其密度要比平面型硅集成電路高5個數量級，因此具有巨大的存儲能力。如體積為1m的立方。的液體生物計算機，存儲的信息比世界上所有計算機存儲的信息總和還要多，而分子集成電路的密集度可以達到現有半導體超大規模集成電路的10萬倍。

其次是速度快。分子邏輯元件的開關速度比目前的硅半導體邏輯元件開關速度高出1000倍以上。如果讓幾萬億個DNA分子在某種酶的作用下進行化學反應，就能使生物計算機同時運行幾十億次，這就意味著運算速度要比當今最新一代超級計算機快十萬倍，能量消耗僅相當于普通計算機的十億分之一。

此外，它的可靠性高。由生物分子構成的分子集成電路(生物芯片)也同一般的生物體一樣，具有“自我修復”的機能，也就是說，即便這種芯片出了點故障也無關大局，它能夠慢慢地自動恢復過來，達到“自我修復”。所以，這種生物計算機的可靠性非常高，經久耐用，具有“半永久性”。這對于目前的電子計算機來說，簡直是一件不可思議的事情。

最后，由于蛋白質分子能夠自我組合，再生新的微型電路，使得生物計算機具有生物體的一些特點，比如能發揮生物本身的調節機能，自動修復芯片發生的故障，還能模仿人腦的思考機制。

目前，生物計算機僅處于起步階段，不論如何，DNA計算機的提出拓寬了人們的視野，啟發人們用算法的觀念研究生命，并向眾多領域提出了挑戰。，要想真正進入實用階段還需要更多的時間和科學家更多的艱辛探索。但是，生物計算機可能要改變計算機的未來，在病理學和生物醫學應用領域以及其他領域將發揮極為重要的作用。

生物計算機是以生物界處理問題的方式為模型的計算機。目前主要有：生物分子或超分子芯片、自動機模型、仿生算法、生物化學反應算法等幾種類型。