Развитие теоретических основ молекулярной логики

1) Рассмотрен вопрос о механизме «распознавания образа» сложной молекулярной системой по совокупности независимых первичных сигналов.
«Распознавание образа» трактуется как возникновение структурного преобразования в одном удаленном приемно-регистрирующем центре в том и только в том случае, когда появились все первичные сигналы. Такой принцип обеспечивает наиболее экономную схему транспорта информации и энергии. Обсуждены необходимые свойства приемно-преобразующих молекулярных элементов. Задача проектирования приемно-преобразующей молекулярной системы сводится либо к решению формально-логического уравнения, либо к решению системы кинетических дифференциальных уравнений специальной формы. Проведены компьютерные эксперименты.

2) Рассмотрены внутримолекулярные процессы, которые могут быть связаны с логическими высказываниями.
а) Показано, каким образом могут быть построены молекулярные логические элементы, осуществляющие операции логического умножения и разделительной дизъюнкции.

б) Сделаны выводы о том, что сложные молекулярные системы могут использоваться в качестве решающих элементов для любых логических операций и что в пределе по одному признаку можно однозначно судить о ряде событий, происходивших в системе.

в) Указано, каким образом на основе фотопроцессов в одиночных молекулах можно построить спусковые системы (триггеры), реагирующие на сложные сигналы с большим диапазоном их изменения, т.е. в условиях нечетко заданной входной информации. На этой основе рассмотрена совершенно новая проблема: каким образом может быть произведено обучение молекулярной системы путём воздействия на неё сложным сигналом с последующей длительной записью информации.
г) Установлено, как провести многократное сравнение состава вновь приходящего сигнала с составом записанного. Показано, что должен выполняться принцип комплементарности сигналов, и конкретизировано понятие такой комплементарности. Доказано, что многократное сравнение нового сигнала с записанным возможно в результате излучательных переходов между состояниями разных изомерных структур молекулярной системы (запоминание сложного входного воздействия) и последующего многократного сравнения с имеющейся записью нового сигнала.

3) Показано, что свойствами преобразовывать информацию и решать логические задачи обладают не только молекулы, но и молекулярные кристаллы.
а) Для создания соответствующих вычислительных алгоритмов и программ разработаны удобные для практических применений методы, позволяющие формировать энергетические зоны электронных и колебательных состояний. Предложены простые матричные методы вычисления характеристики этих зон, основанные на прямых оценках интегралов перекрывания электронных функций соседних молекул.
б) Для теоретического описания процессов записи и преобразования информации надо знать свойства как основного, так и электронно-возбужденных состояний объекта. Показано, что в результате резонансных взаимодействий между состояниями отдельных молекул в кристалле при импульсном возбуждении системы с периодической структурой возникают безызлучательные переходы и временная миграция возбуждения в пространстве кристалла. Это, в свою очередь, может привести к локальной изомеризации составляющих кристалл молекул в отдельных участках пространства кристалла. Указан способ вычисления характеристик миграционного процесса. Приводятся результаты таких вычислений для частного случая полимерной цепи.
в) Поставлена и решена проблема рационального выбора преобразований сложной системы при решении задач молекулярной логики.
Для описания и количественной характеристики поведения такой системы вводится понятие траектории в многомерном пространстве координат, в качестве которых предлагается использовать значения заселенностей дискретных уровней энергии, входящих в объект подсистем.

Для характеристики процессов направленного транспорта сигналов разной природы и информации в молекулярном пространстве предложены понятия потоков энергии, энтропии и информации, определяющих структурные преобразования в системе. Получены примеры вычисления соответствующих величин.

См. также: Результаты 2003-2006 гг