【计算机】生物计算机：如何解决三体问题

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精华笔记 

传统计算机在原理上有很多运算是进行不了的，这就需要借助于其它类型的计算机，生物计算机便是一种有望实现的新型计算机。

一、并行计算

1. 普通电子计算机由于计算原理的原因，无法进行并行计算；

2. 简单来说，并行计算就是多个变量同时变化的计算，三体问题就是典型的并行计算问题：几个方程式之间互相包含，其中一个方程的变量变一点，这种变化就会体现在另外一个方程里，另一个方程的变化还会反过来影响之前的方程，如此反复循环；

| 三体问题的方程组

3. 传统计算机看似可以同时处理多个问题，但本质上是CPU在不同问题之间快速切换。在原理上传统计算机同一时间只能处理一个计算过程，所以只能用近似求解的办法做并行计算：先让一个方程变化一点点，然后看在另外一个方程里发生什么变化，再反推回来；

4. 这样的做法会导致很多问题不能精确求解，比如涉及到混沌系统的问题；

二、生物计算机的原理

5. 生物计算机的概念最早在60年代就已经提出了，科学家们通过实验，在一定程度上实现了真正意义上的并行计算；

6. 譬如在人体的肌肉纤维里，肌球蛋白和肌动蛋白之间会相互作用，这种相互作用是同时进行的，这就给并行计算提供了天然的可能性；

7. 电子计算机里的相互作用是靠信号的传递进行的，一个函数的变化必须主动发送给另外一个函数，这就有了先后次序。但是作为生物体，物理上蛋白间的相互作用本身就是同时进行的，不存在完成一个计算后还要主动发信号的过程，这就为并行计算提供了可行性；

| 生物蛋白的前馈和反馈机制

8. 我们可以利用蛋白建立一个纳米级别的生物网络，不同的蛋白就表示不同的信号，蛋白在网络中运行的过程，就是计算过程；

9. 相互作用的蛋白很可能不只两种，每一种蛋白都表示一个信号，这就说明生物计算机可以超越二进制的限制；

三、生物计算机的性能

10. 生物元器件本质上是各种DNA和细胞，用生物电信号进行交流 。一台拥有超级计算机能力的生物计算机，理论上可以做到跟一本书一样大；

11. 普通人体一天的能耗是800万-1000万焦耳，相当于一台笔记本电脑连续工作24小时的能耗。所以维持生物细胞的能量需求是很少的，生物计算机的能耗大概只有普通计算机的百分之一；

12. 生物计算机有可能会产生意识，甚至可以被认为是一个生命体，会不会进化出高等智能是很值得期待的；

13. 生物计算机毕竟是有机体，维持精确、健康的难度比电子系统高很多。