Создан первый в мире ДНК-компьютер
В Мейнутском университете представили первый в мире ДНК-компьютер на каркасе. Описание сложнейшей вычислительной системы на основе ДНК опубликовано в журнале Nature. Устройство представляет собой набор взаимодействующих цепочек ДНК, помещённых в воду. Для работы ему не нужна электроэнергия — достаточно небольшого количества тепла. Данную информацию сообщает портал Наука ТВ.
В отдалённой перспективе такая разработка может составить конкуренцию кремниевым ЭВМ. Однако точно она незаменима в качестве диагностического сенсора, способного функционировать внутри клетки. «Кремниевые компьютеры потребляют огромное количество энергии — 23% электроэнергии Ирландии уходит на вычисления и хранение данных. Мы были ограничены представлением, что компьютер может быть только одного типа, но вокруг нас есть и другие примеры, включая наш мозг», — отмечает профессор Дэмиен Вудс, руководивший исследованием.
Физически такой компьютер не похож на привычные устройства — это пробирка с раствором соли и ДНК. «В маленькой капле жидкости содержатся миллиарды, а иногда и триллионы цепочек ДНК. Эти цепочки взаимодействуют друг с другом, чтобы получить результат», — поясняет информатик Абир Эшра, проводившая большинство экспериментов.
ДНК в растворе представлены в виде длинного каркаса, который условно сравнивают с системным блоком, и коротких цепочек, играющих роль входных данных и программы. Смесь нагревают, затем охлаждают и дожидаются, когда она придёт в термодинамическое равновесие. «Молекулы взаимодействуют, образуют структуру — эта структура и есть ответ. Одна из ключевых инноваций в том, что система сама находит этот ответ, не требуя постоянной подпитки энергией», — подчёркивает профессор.
На ДНК-компьютере запускали 10 программ: копирование бита, проверка чётности, умножение, деление, сложение вплоть до 25-битных чисел, автомат с тремя состояниями, счётчик, универсальный автомат «Правило 110», достижимость в графе и проверка расстановки скобок. Молекулярные вычисления проводились довольно быстро: сложение 10+3 заняло около 30 секунд, а операции с большими числами (от 11 до 34 миллионов — 100 бит данных) — до 14 часов. «Реакция в пробирке происходит быстро, но не так быстро, как в кремнии, да это и не предполагается. Однако по сравнению с другими ДНК-компьютерами наш — самый быстрый», — добавляет Эшра.
ДНК-компьютер показал себя как надёжная и многоразовая система, выполнив до 25 различных вычислений подряд. Исследование стало частью более широких усилий по изучению альтернативных форм вычислений, отметил профессор Вудс. «Это наука ради науки. Мы не знаем, куда нас приведёт будущее», — подытожил он.
