Нанотехнология сегодня в немалой степени определяет пути дальнейшего развития вычислительной техники. В постоянно совершенствуемых цифровых ЭВМ уже близок предел миниатюризации их элементной базы, когда отдельные молекулы используются как переключающиеся элементы. Для выполнения все более усложняющихся вычислительных задач создают принципиально новые устройства, реализующие биологические принципы обработки информации. Именно с помощью таких систем достижимо эффективное решение проблем искусственного интеллекта.

Возможности использования природных микрообъектов или же конструирования их рукотворных аналогов, способных выполнять те или иные макроскопические действия, научное сообщество активно обсуждает с середины XX в. По-видимому, одним из первых в этом поиске был знаменитый австрийский физик, нобелевский лауреат 1933 г. Эрвин Шредингер (иностранный почетный член АН СССР с 1934 г.), в 1943 г. предложивший идею апериодического кристалла — системы молекулярного уровня, способной хранить огромную генетическую информацию. Но реальным провозвестником нанотехнологии следует считать выдающегося американского физика, нобелевского лауреата 1965 г. Ричарда Фейнмана, в 1959 г.

Эксперименты в этой области привели к созданию действующих прототипов молекулярных запоминающих устройств. По-видимому, наиболее близкими к практическому применению оказались варианты оперативной памяти для ЭВМ, разработанные в Сиракьюсском университете (США) Робертом Берджем в конце 1980-х — начале 1990-х годов на основе уникального белка бактериородопсина. Его молекулы — каждая из них представляет циклическую комбинацию семи полипептидных спиралей, внутри которой находится светочувствительный фрагмент хромофор, — образуют фотосинтетический центр галобактерий. Поглощая квант света, этот белок действует как протонный насос, способствуя синтезу аденозинтрифосфата (АТФ) — нуклеотида, во всех живых организмах выполняющего роль универсального аккумулятора и переносчика энергии. При таком поглощении происходят структурные перестройки молекулы.

В то же время бактериородопсин обладает уникальной для белков стабильностью. Он способен многие годы сохранять неизменными свойства в виде сухого образца или в полимерных пленках. Фундаментальное свойство его молекулы — фотохимический цикл: после поглощения кванта света она проходит последовательность возбужденных состояний и самопроизвольно возвращается в исходную форму. При этом изменяются оптические характеристики белка. Таким образом, природный бактериородопсин при комнатной температуре ведет себя как фотохромная среда с малым временем хранения информации (не более микросекунд). При температуре 77 К фотоцикл разрывается, и молекула приобретает свойства системы с двумя устойчивыми состояниями. Переходы между ними инициирует свет в видимом диапазоне спектра в области довольно широких полос поглощения с максимумами при 540 и 412 нм. Используя этот эффект, группа Берджа сконструировала память емкостью 25 Мб. А продолжением стала работа над объемной памятью, действующей при комнатной температуре.

Оценки показывают: примерно в 3 см3 полимера может записываться, храниться, считываться лазерными лучами информация объемом в сотни гигабайт. Однако создание такой системы - сложнейшая научная и техническая задача, поэтому до настоящего времени основные решения отрабатывают на действующих макетах с емкостью памяти 1-2 кб.