מולקולות עושות חשבון

 

צעד נוסף במסע הארוך למיזעור מערכות ממוחשבות, ולפיתוח מעגלי חישוב מבוססי מולקולות, שיחליפו את המעגלים האלקטרוניים המסורתיים, הודגם באחרונה במכון ויצמן למדע. המולקולות החדשות שפותחו, העשויות להימצא בארבעה מצבים שונים, יכולות לחקות את פעולתם של "שערים לוגיים" אלקטרוניים שמהווים את ה"לב" של מערכות בינאריות ממוחשבות. מערכות ממוחשבות שאולי יפותחו בעתיד על בסיס המולקולות האורגניות שהודגמו במחקר זה,עשויות להיות קטנות בהרבה מהמחשבים הקיימים כיום.

 

מפתחי המולקולות האורגניות החדשות, פרופ' אברהם שנצר, ד"ר גלינה מלמן ותלמיד המחקר דוד מרגוליס מהמחלקה לכימיה אורגנית במכון ויצמן למדע, אומרים כי בתהליך החישוב מקבלות המולקולות החדשות קלט כימי, ואילו הפלט שלהן מתבטא בפליטת אור בצבעים ובגוונים שונים (במעגלים האלקטרוניים הידועים, הקלט והפלט כאחד הם זרמים חשמליים). מולקולות אלה כוללות מספר אתרי קשירה שאפשר להפעילם בעת ובעונה אחת. אתרי קשירה שונים אלה מאפשרים למולקולה לקבל קלט כימי רב-נתיבי. כך יכול אות כימי בודד להפעיל באותה מולקולה מספר "שערים לוגיים", דבר שמגדיל במידה ניכרת את יכולת עיבוד המידע של המולקולה. שילובים שונים של "שערים לוגיים" כאלה מאפשרים למולקולה בודדת לבצע פעולות לוגיות מורכבות כמו חיבור וחיסור.

 

המולקולות החדשות יכולות לפעול בסביבה חומצית, בסביבה נייטרלית ובסביבה בסיסית כאחד. בנוסף לכך, הן יכולות לקשור יון ברזל, או לשחרר אותו. שילובים שונים בין כל התכונות האלה מאפשרים למולקולה להימצא בארבעה מצבים שונים, כאשר מעבר ממצב למצב משנה את הפלט האופטי, ועשוי לשנות, כתוצאה מכך, את תוצאת החישוב.

 

כך למשל, כאשר המולקולה מצויה בסביבה חומצית, ואינה קושרת יון ברזל, היא פולטת אור כחול. כאשר המולקולה מצויה בסביבה בסיסית, ואינה קושרת יון ברזל, היא פולטת אור ירוק חזק. כאשר המולקולה מצויה בסביבה בסיסית, וקושרת יון ברזל, היא פולטת אור ירוק חלש. כאשר המולקולה מצויה בסביבה נייטרלית, וקושרת יון ברזל, היא אינה פולטת אור כלל.

 

במאמר שפורסם באחרונה בכתב העת המדעי Journal of the American Chemical Society, מתארים המדענים דרכים לשימוש בתמיסות המכילות מולקולות המצויות בשילובים בתמיסות המכילות מולקולות של ארבעת המצבים האלה, לביצוע פעולות חישוב המבוססות על "שערים לוגיים" כימיים. מולקולות אלו מסוגלות לבצע פעולות חישוב, כגון חיבור וחיסור של ספרות בינאריות בודדות.

 

פרופ' שנצר אומר, כי פיתוח המולקולות החדשות מהווה צעד נוסף בדרך ליישום מעגלי חישוב שייבנו ממולקולות. "אבל הצעד הזה הוא צעד ראשון במסע ארוך שעשוי להימשך שנים רבות. ועם זאת, זהו צעד שמסמן שביל שעשוי להוביל אותנו בעתיד לשלב חדש ומרתק במסע המיזעור של מעגלי החישוב