1982年,美国物理学家费勒曼提出了量子计算机的基本构想。2001年底,美国ibm公司的科学家专门设计的多个分子放在试管内作为7个量子比特的量子计算机,成功地进行了量子计算机的复杂运算。目前正在开发中的量子计算机有核磁共振量子计算机、硅基半导体量子计算机和离子阱量子计算机。据专家预见,再过30年左右,量子计算机将普及,量子计算设备将可以嵌入到任何物体当中去,虽然,目前还很难想象放在口袋中的超高速计算机是什么样子,还有直径只有几十厘米的人造卫星。生物计算机,即脱氧核糖核酸(dna)分子计算机,主要由生物工程技术产生的蛋白质分子组成的生物芯片构成,通过控制dna分子间的生化反应来完成运算。运算过程就是蛋白质分子与周围物理化学介质相互作用的过程。其转换开关由酶来充当,而程序则在酶合成系统本身和蛋白质的结构中明显表示出来。上世纪70年代,人们发现dna处于不同状态时可以代表信息的有或无。dna分子中的遗传密码相当于存储的数据,dna分子间通过生化反应,从一种基因代玛转变为另一种基因代码。反应前的基因代码相当于输入数据,反应后的基因代码相当于输出数据。只要能控制这一反应过程,就可以制成dna计算机。
生物计算机以蛋白质分子构成的生物芯片作为集成电路。蛋白质分子比电子元件小很多,可以小到几十亿分之一米,而且生物芯片本身具有天然独特的立体化结构,其密度要比平面型的硅集成电路高五个数量级。生物计算机芯片本身还具有并行处理的功能,其运算速度要比当今最新一代的计算机快10万倍,能量消耗仅相当于普通计算机的十亿分之一。生物芯片一旦出现故障,可以进行自我修复,具有自愈能力。生物计算机具有生物活性,能够和人体的组织有机地结合起来,尤其是能够与大脑和神经系统相连。这样,植入人体的生物计算机就可直接接受大脑的综合指挥,成为人脑的辅助装置或扩充部分,并能由人体细胞吸收营养补充能量,成为帮助人类学习、思考、创造和发明的最理想的伙伴。
美国计算机科学家伦纳德.艾德曼已成功研制出一台dna计算机,他说:“dna分子本质上就是数学式,用它来代表信息是非常方便的,试管中的dna分子在某种酶的作用下迅速完成生物化学反应。28.3克dna的运行速度超过了现代超级计算机的10万倍。”dna计算机的外形象普通小盒子。有非常薄的玻璃外壳,里面装着肉眼看不见的多层蛋白质,蛋白质间由复杂的晶格连结。这种精巧的蛋白质晶格里是一些生物分子,也就是生物计算机的“集成电路”。