/FONT#0=BASI30/FONT#1=BASL30/FONT#2=BASB30/FONT#3=SUP
␈↓␈↓↓␈↓α␈↓β␈↓
␈↓ ↓H
MOLECULAR MEMORIES
␈↓ ↓H

␈↓ ↓H

␈↓ ↓H
␈↓ α_The␈αultimate␈αin␈αmemory␈αis␈αto␈αstore␈αinformation␈αin␈αsingle␈αmolecules.␈αThen␈αa␈αmole␈αof␈α
the␈α
substance
␈↓ ↓H
␈↓ ↓Hused␈α∞could␈α∞store␈α∞6␈α∞x␈α∞10␈↓β23␈↓␈α∞units␈α∞of␈α∞information,␈α∞where␈α∞the␈α∞unit␈α
might␈α
be␈α
a␈α
bit␈α
or␈α
might␈α
be␈α
more.␈α
My
␈↓ ↓H
␈↓ ↓Hinterest␈α
in␈αthe␈αmatter␈αcame␈αfrom␈αtrying␈αto␈αset␈αan␈αupper␈αlimit␈αon␈αinformation␈αdensity␈αand␈αso␈αtrying␈αto
␈↓ ↓H
␈↓ ↓Hprove␈α∂that␈α∂single␈α∂molecules␈α∂could␈α∂not␈α∂be␈α∂used,␈α∂and␈α∂finally␈α∂coming␈α∞to␈α∞the␈α∞conclusion␈α∞that␈α∞they␈α∞could.
␈↓ ↓H
␈↓ ↓HWhether␈α
such␈α
a␈α
memory␈α
could␈α
have␈α
practical␈α
speed␈α
is␈α
still␈α
questionable␈α
but␈α
an␈α
interesting␈α
question.
␈↓ ↓H

␈↓ ↓H
␈↓ α_One␈α∞approach␈α∞to␈α∞a␈α∞molecular␈α∞memory␈α∞is␈α∞to␈α
use␈α
a␈α
regular␈α
solid,␈α
say␈α
a␈α
crystal␈α
of␈α
some␈α
sort,␈α
and
␈↓ ↓H
␈↓ ↓Hhave␈αa␈αstate␈αchange␈αin␈αeach␈αelement␈αof␈αthe␈αcrystal␈αused␈αto␈αstore␈αinformation.␈αI␈αcan't␈αAddressing␈αwould
␈↓ ↓H
␈↓ ↓Hinvolve␈αlocating␈αthe␈αspecific␈αmolecule␈αand␈αreading␈αor␈αchanging␈αit␈αwithout␈αaffecting␈αits␈αneighbors.␈αprove
␈↓ ↓H
␈↓ ↓Hthis␈α
to␈α
be␈α
impossible,␈α
but␈α
I␈α
haven't␈α
been␈α
able␈α
to␈α
think␈α
of␈α
a␈α
way␈α
of␈α
doing␈α
it.
␈↓ ↓H

␈↓ ↓H
␈↓ α_I␈α∞have␈α∞thought␈α∞of␈α∞one␈α∞bit-per-molecule␈α
memory,␈α
and␈α
I␈α
want␈α
to␈α
describe␈α
enough␈α
of␈α
it␈α
to␈α
give␈α
the
␈↓ ↓H
␈↓ ↓Hgeneral␈αidea.␈αHowever,␈αit␈αis␈αnot␈αin␈αa␈αstate␈α
to␈α
be␈α
regarded␈α
as␈α
a␈α
rival␈α
for␈α
development␈α
memory,␈α
so␈α
I␈α
would
␈↓ ↓H
␈↓ ↓Hlike␈α
it␈α
to␈α
be␈α
considered␈α
as␈α
an␈α
argument␈α
that␈α
a␈α
long␈α
range␈αresearch␈αprogram␈αaimed␈αat␈αlarge␈αmemories
␈↓ ↓H
␈↓ ↓Hshould␈αencourage␈αand␈αorganize␈αsome␈αbrain-storming␈αon␈αmolecule-per-bit␈αmemories␈αand␈αshould␈αfund␈αany
␈↓ ↓H
␈↓ ↓Hplausible␈α∞proof-of-concept␈α∞projects␈α∞if␈α
they␈α
aren't␈α
too␈α
expensive.␈α
Let␈α
me␈α
point␈α
out␈α
that␈α
any␈α
device␈α
that
␈↓ ↓H
␈↓ ↓Hcan␈α∞deal␈α∞with␈α∞single␈α∞molecules␈α∞in␈α∞whole␈α
moles␈α
will␈α
stretch␈α
the␈α
ideas␈α
of␈α
what␈α
is␈α
scientifically␈α
possible,
␈↓ ↓H
␈↓ ↓Heven␈αif␈αthe␈αdevice␈αitself␈αis␈αnot␈αof␈αimmediate␈αpractical␈αvalue.␈αThis,␈αin␈αturn,␈αwould␈αstart␈αpeople␈αthinking
␈↓ ↓H
␈↓ ↓Habout␈α
other␈α
ways␈α
of␈α
dealing␈α
with␈α
single␈α
molecules␈α
in␈α
this␈α
or␈α
other␈α
fields.
␈↓ ↓H

␈↓ ↓H
␈↓ α_At␈α∀this␈α∀hour,␈α∀I␈α∀have␈α∀time␈α∀to␈α∀deal␈α∀only␈α∀with␈α∀reading,␈α∀but␈α∀writing␈α∀involves␈α∀similar␈α∀ideas.
␈↓ ↓H
␈↓ ↓HInformation␈αis␈α
represented␈α
in␈α
a␈α
chain␈α
molecule,␈α
and␈α
each␈α
molecule␈α
contains␈α
its␈α
address␈α
as␈α
a␈α
string␈α
of␈α
0s
␈↓ ↓H
␈↓ ↓Hand␈α1s,␈αand␈αeach␈αbit␈αis␈αphysically␈αrepresented␈αby␈αone␈αof␈αtwo␈αradicals␈αat␈αthe␈αcorresponding␈αpoint␈αin␈αthe
␈↓ ↓H
␈↓ ↓Hchain.␈αIn␈αthis␈αsimplest␈αform,␈αthere␈αis␈αonly␈αone␈αbit␈αof␈α
information␈α
in␈α
the␈α
molecule␈α
which␈α
is␈α
represented␈α
by
␈↓ ↓H
␈↓ ↓Hone␈α⊂of␈α⊂two␈α∂radicals␈α∂(not␈α∂necessarily␈α∂from␈α∂the␈α∂same␈α∂two)␈α∂at␈α∂the␈α∂end␈α∂of␈α∂the␈α∂chain.␈α∂Between␈α∂each␈α∂two
␈↓ ↓H
␈↓ ↓Hinformation␈α⊂radicals␈α⊂is␈α⊂a␈α⊂punctuation␈α⊂radical,␈α⊂always␈α⊂the␈α⊂same␈α⊂but␈α⊂different␈α⊂from␈α⊂the␈α∂information
␈↓ ↓H
␈↓ ↓Hradicals.␈α
(You␈α
might␈α
imagine␈α
that␈α
the␈α
molecules␈α
are␈α
DNA␈α
or␈α
proteins,␈α
but␈α
I␈α
contemplate␈αa␈αmethod␈αof
␈↓ ↓H
␈↓ ↓Hreading␈α∞and␈α
writing␈α
that␈α
doesn't␈α
depend␈α
on␈α
using␈α
enzymes,␈α
i.e.␈α
a␈α
complex␈α
molecule␈α
that␈α
moves␈α
along
␈↓ ↓H
␈↓ ↓Hthe␈α⊂chain.␈α∂[Hmm.␈α∂A␈α∂simple␈α∂radical␈α∂that␈α∂was␈α∂attached␈α∂to␈α∂each␈α∂molecule␈α∂and␈α∂moved␈α∂along␈α∂the␈α∂chain
␈↓ ↓H
␈↓ ↓Hmight␈α
do␈α
what␈α
I␈α
want,␈α
but␈α
that␈α
is␈α
a␈α
different,␈α
though␈α
possibly␈α
better␈α
idea])
␈↓ ↓H

␈↓ ↓H
␈↓ α_The␈αmemory␈αconsists␈αof␈αa␈αlarge␈αnumber␈αof␈αmolecules␈α-␈αup␈αto␈αsome␈αfraction␈αof␈αa␈αmole␈α-␈αin␈αa␈αjar␈αof
␈↓ ↓H
␈↓ ↓Hwater.␈αNo␈αattempt␈αis␈αmade␈αto␈αkeep␈αtrack␈αof␈αthe␈αlocation␈αof␈αa␈αparticular␈αmolecule.␈αThere␈αshould␈αbe␈αonly
␈↓ ↓H
␈↓ ↓Hone␈α∂molecule␈α∂with␈α∂a␈α∂given␈α∂address.␈α∂At␈α∂least,␈α∂if␈α∂there␈α∂are␈α∂several,␈α∂they␈α∂must␈α∂all␈α∞have␈α∞the␈α∞same␈α∞data
␈↓ ↓H
␈↓ ↓Hradical␈α
on␈α
the␈α
end.
␈↓ ↓H

␈↓ ↓H
␈↓ α_Addressing␈α⊃is␈α⊃carried␈α⊃out␈α⊃by␈α⊃sequencing␈α⊃the␈α⊃system␈α⊃among␈α⊃three␈α⊂macroscopic␈α⊂physical␈α⊂states
␈↓ ↓H
␈↓ ↓Hcalled␈α∞␈↓↓zero,␈α∞one,␈α∞and␈α∞comma␈↓.␈α∞Between␈α∞each␈α∞two␈α∞address␈α∞bits␈α∞(␈↓↓zero␈↓␈α∞or␈α∞␈↓↓one␈↓)␈α∞is␈α
a␈α
␈↓↓comma␈↓,␈α
so␈α
a␈α
typical
␈↓ ↓H
␈↓ ↓Hsequence␈α
is␈α
"0,1,0,0,0,1,1"␈α
etc.␈α
Imagine␈α
each␈α
physical␈α
state␈α
to␈α
consist␈α
of␈αirradiating␈αthe␈αsolution␈αwith␈αa
␈↓ ↓H
␈↓ ↓Hmicrowave␈α⊃frequency␈α⊃(from␈α⊃a␈α⊃maser)␈α⊃that␈α⊃will␈α⊃stimulate␈α⊃a␈α⊃particular␈α⊃reaction,␈α⊃but␈α⊃there␈α⊂are␈α⊂other
␈↓ ↓H
␈↓ ↓Hpossibilities.
␈↓ ↓H

␈↓ ↓H
␈↓ α_Besides␈α⊂the␈α⊂information␈α⊂carrying␈α⊂molecules␈α⊂in␈α⊂the␈α⊂solution,␈α⊂there␈α⊂is␈α⊂a␈α∂␈↓↓substrate␈↓␈α∂consisting␈α∂of
␈↓ ↓H
␈↓ ↓Hmolecules␈α∂that␈α∂can␈α∂attach␈α∂themselves␈α∂to␈α∞the␈α∞address␈α∞radicals␈α∞to␈α∞?orm␈α∞a␈α∞side␈α∞chain.␈α∞The␈α∞condition␈α∞for
␈↓ ↓H
␈↓ ↓Hattachment␈α
of␈α
a␈α
substrate␈α
molecule␈αto␈αa␈α0␈αaddress␈αbit␈αis␈αthat␈αthe␈αphysical␈αstate␈αbe␈α␈↓↓zero␈↓␈αand␈αthere␈αbe␈αa
␈↓ ↓H
␈↓ ↓Hsubstrate␈α∞molecule␈α∞attached␈α∞to␈α∞the␈α∞punctuation␈α∞radical␈α∞on␈α∞the␈α
left.␈α
The␈α
condition␈α
for␈α
attachment␈α
of␈α
a
␈↓ ↓H
␈↓ ↓Hsubstrate␈αmolecule␈αto␈αa␈α1␈αaddress␈αbit␈αis␈αthat␈αthe␈αphysical␈αstate␈αbe␈α␈↓↓one␈↓␈αand␈αthere␈αbe␈αa␈αsubstrate␈αmolecule
␈↓ ↓H
␈↓ ↓Hattached␈αto␈αthe␈αpunctuation␈αradical␈αon␈αthe␈α
left.␈α
The␈α
condition␈α
for␈α
the␈α
attachment␈α
of␈α
a␈α
substrate␈α
molecule
␈↓ ↓H
␈↓ ↓Hto␈αa␈αpunctuation␈αradical␈αis␈αthat␈αthe␈αphysical␈αstate␈αbe␈α␈↓↓comma␈↓␈αand␈αthere␈α
be␈α
a␈α
substrate␈α
molecule␈α
attached
␈↓ ↓H
␈↓ ↓Hto␈α∂the␈α∂information␈α∂radical␈α∞to␈α∞the␈α∞left.␈α∞The␈α∞effect␈α∞of␈α∞the␈α∞addressing␈α∞sequence␈α∞will␈α∞be␈α∞to␈α∞attach␈α∞a␈α∞side
␈↓ ↓H
␈↓ ↓Hchain␈αof␈αsubstrate␈αmolecules␈αto␈αthe␈αaddress␈αchains␈αthat␈αmatch␈αthe␈αphysical␈αstates␈αas␈α
they␈α
occur.␈α
Only␈α
the
␈↓ ↓H
␈↓ ↓Hword␈α
addressed␈α
will␈α
have␈α
a␈α
full␈α
chain␈α
attached␈α
to␈α
it.
␈↓ ↓H

␈↓ ↓H
␈↓ α_Once␈α⊃addressing␈α⊃is␈α⊃complete␈α⊃there␈α⊃are␈α⊃several␈α⊃ways␈α⊂of␈α⊂proceeding.␈α⊂One␈α⊂is␈α⊂to␈α⊂have␈α⊂two␈α⊂more
␈↓ ↓H
␈↓ ↓Hsubstrate␈αtypes␈αof␈αmolecules,␈αone␈αof␈αwhich␈αstarts␈αa␈αchain␈αreaction␈αfrom␈αthe␈αend␈αof␈αa␈αside␈αchain␈αand␈αa␈α0
␈↓ ↓H
␈↓ ↓Hinformation␈α⊂radical␈α⊂and␈α⊂the␈α⊂other␈α⊂starts␈α⊂a␈α⊂chain␈α⊂reaction␈α⊂from␈α⊂a␈α⊂1␈α⊂information␈α⊂radical.␈α⊂The␈α∂chain
␈↓ ↓H
␈↓ ↓Hreactions␈α∪are␈α∩allowed␈α∩to␈α∩proceed␈α∩until␈α∩a␈α∩macroscopically␈α∩detectable␈α∩effect␈α∩occurs␈α∩-␈α∩for␈α∩example,␈α∩a
␈↓ ↓H
␈↓ ↓Hmolecular␈α
resonance.
␈↓ ↓H

␈↓ ↓H
␈↓ ↓HOne␈α
of␈α
two␈α
resonances␈α
occurs␈α
according␈α
to␈α
whether␈α
the␈α
information␈α
bit␈α
is␈α
a␈α
0␈α
or␈α
1.
␈↓ ↓H

␈↓ ↓H
␈↓ α_Finally,␈αas␈αa␈αcleanup,␈αthe␈αsystem␈αis␈αput␈αinto␈αa␈αphysical␈αstate␈α
that␈α
causes␈α
all␈α
the␈α
side␈α
chain␈α
bonds
␈↓ ↓H
␈↓ ↓Hto␈α
break␈α
and␈α
the␈α
product␈α
of␈α
the␈α
chain␈α
reaction␈α
to␈α
decompose␈α
so␈α
that␈α
we␈α
are␈α
back␈α
to␈α
the␈α
original␈α
state.
␈↓ ↓H

␈↓ ↓H
␈↓ α_Well,␈αthis␈αcomplicated␈αmechanism␈αmay␈αseem␈αunlikely␈αto␈αwork␈αexactly␈αas␈αdescribed,␈αbut␈αthe␈αreader
␈↓ ↓H
␈↓ ↓Hwho␈α
inclines␈α
to␈α
the␈α
idea␈α
that␈α
it␈α
is␈α
impossible␈αto␈αmake␈αa␈αmolecule-per-bit␈αmemory␈αshould␈αtry␈αto␈αprove␈αit
␈↓ ↓H
␈↓ ↓Himpossible.␈α
In␈α
the␈α
course␈α
of␈α
trying␈α
to␈α
debug␈α
his␈α
proof,␈α
he␈α
may␈α
invent␈α
a␈α
better␈α
scheme␈α
than␈α
this␈α
one.
␈↓ ↓H

␈↓ ↓H
␈↓ α_[Returning␈αto␈α
the␈α
bracketed␈α
afterthought,␈α
it␈α
may␈α
be␈α
easier␈α
to␈α
make␈α
a␈α
radical␈α
move␈α
down␈α
the␈α
chain
␈↓ ↓H
␈↓ ↓Hin␈α
accordance␈α
with␈α
the␈α
addressing␈α
sequence␈α
of␈α
physical␈α
states␈α
than␈α
to␈α
build␈α
a␈α
side␈α
chain.]
␈↓ ↓H