任何使用電腦超過10年的人都應該知道，電腦硬件以驚人速度發展。1997年用以打敗世界冠軍棋王的IBM電腦深藍（Deep Blue），其浮點運算能力才不過11.38 GFLOPS，即每秒近114億次浮點運算。相比之下，目前最新的iPhone 6S，其顯示晶片的浮點運算能力已達至172.8 GFLOPS，乃深藍的15倍有多。

雖然浮點運算能力僅是電腦處理能力的其中一項指標，這項數據足以說明電腦速度急劇增長。另一方面，研究電腦科學的專家早就發現，有些問題即使電腦速度再快，使用現有演算法的話仍難以在合理時間內解決。

這類問題當中，包括破解密碼可能用到的質因數分解——因為這個原因，密碼破解並非易事，連FBI也需要向蘋果求助，從另一途徑破解iPhone。假如沒有人想到一個巧妙的演算法，讓電腦在合理時間內進行質因數分解，也許人類得寄望尚在發展階段的量子電腦。

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除量子電腦外，科學家也正在發展很多不同的「另類」電腦，希望能突破傳統電腦的局限，更高速解決問題。例如借助自然界的資源，透過某些分子如蛋白質、DNA等特性，來進行計算。

用生物分子砌成電腦

最近刊在《美國國家科學院院刊》（PNAS）的一份研究顯示，科學家能用兩種生物分子——細胞骨架（Cytoskeleton）中的微絲或微管——作為元件，快速解決簡單的「子集和問題」——其中一個傳統電腦需要較長時間去解決的問題。

準確來說，這項研究使用的「電腦」只解決了一組簡單問題︰在2、5、9三個數字當中，選若干數字加起來，可不可以等如0、1、2、…16？例如我們可以輕易看到不可能得到「1」這個答案，但可以得到「7」（因為2+5=7）。

這個問題看似簡單，現時用電腦去解決這個問題，需要把所有組合計算一次。但如果涉及不只三個數字，而是30個數字的話，就由原本的8個組合變成超過10億個組合——難度以指數增長。但研究中使用的「生物電腦」可以並行處理問題，加快計算速度。

跑迷宮來找答案

聽起來好像很深奧，不過論文中的原理其實不難理解。研究人員首先設計了一個以下這個像迷宮般的系統︰

Photo Credit: Dan V. Nicolau, Jr. et al. 2016

每個人都在最上一點出發，並遵守以下兩條規則︰

  1. 遇到實心圓形的分岔路，有50%機會按原本方向行走，有50%機會轉方向；
  2. 遇到空心圓元的分岔路，則按照原本方向繼續前行。

按照系統設計，跟隨規則者最終只會停留在上圖的綠色數字——就是可以用2、5、9加起來的數字；紅色數字就是不可能得出的答案。

研究人員利用上述兩種生物分子的特性，設計出這個迷宮讓它們「跑」。只需要有足夠多的微絲或微管，便能快速得到答案，使用的能量也比現時電腦少一萬倍。以下是這部「電腦」運行時的景象︰

（可按此處觀看完整影片。）

電腦的未來？

論文作者指出，這部「電腦」的設計，是把計算不同組合所須的時間，轉換成用大量游走的分子去解決問題，數量同樣隨問題難度作指數增長。但當有足夠多的分子後，解決問題的時間便會大幅降低。

當然，這項研究仍在起步階段，要把計設作實際用途，仍須解決多個難題。例如生物分子未必會遵守規則，可能「跑」錯方向，使結果出現誤差，因此需要把出錯的機率降低。此外，每款「迷宮」只能解決一個問題，實際應用時必須找到方法能修改不同的「迷宮」，以便更具彈性。

不過作者也提出一些可能的解決方法，並認為這種生物分子電腦或可結合現有技術，把電腦計算的極限推得更遠。