Группа исследователей из Манчестерского университета разработала технологию, позволяющую создавать молекулярные вычислительные устройства типа "конечный автомат", предназначенные для выполнения определенного вида обработки поступающих данных. Напомним нашим читателям, что в области информатики существует теоретическое устройство под названием "машина Тьюринга", которая была разработана Аланом Тьюрингом в качестве демонстрации одной из возможных компьютерных архитектур. Эта машина может считывать и наносить на бумажную ленту, двигающуюся вперед и назад, определенные символы, делая это по набору заданных правил, которые могут рассматриваться, как примитивная программа.
Конечный автомат является немного измененным вариантом машины Тьюринга, в отличие от последнего, конечный автомат оперирует данными, движущимися только в одном направлении, он может только считывать исходные данные и не может вносить изменения в их последовательность. И в данном случае манчестерским исследователям удалось создать химический молекулярный аналог конечного автомата на базе молекул ротаксанов (rotaxane), через которые пропускается молекулярная нить, в которой заключена исходная информация о хиральности.
Молекулы ротаксанов имеют определенную форму и строение. В данном случае эта молекула содержала кольцевую структуру в виде буквы О, и соединенную с ней структуру в виде символа Y. В качестве "считывающей головки" использовалась молекула одного из эфиров, входящая в структуру О-кольца.
Конечный автомат на основе ротаксана работает за счет протягивания молекулярной нити через О-кольцо, при этом, "считывающая головка" работает еще в качестве защелки, позволяющей протаскивать молекулярную нить шагами. Управление защелкой осуществляется импульсами изменения уровня pH, которые вырабатываются подачей небольших доз быстроразлагающейся кислоты. И получается, что при каждом импульсе эта молекула протягивает молекулярную нить на один шаг, или смещается сама относительно нити с другой точки зрения.
Считывая данные, конечный автомат выполняет их обработку по алгоритму, заложенному в структуре молекул остальной части О-кольца. Результаты этой обработки, представленных в троичной системе исчисления, можно считать при помощи оптического эффекта, так называемого круглого дихроизма (circular dichroism), с двух окончаний Y-структуры.
И в заключении следует заметить, что в данном случае ключевым моментом является практическая реализация молекулярной защелки-считывателя, благодаря которой реализуются шаги работы программы молекулярного автомата и которой можно управлять извне достаточно простым способом. Именно нечто подобное потребуется ученым, которые в будущем займутся разработками полноценных программируемых молекулярных компьютеров.