Ирландские исследователи из Университета Мейнута совершили прорыв в области молекулярных вычислений, создав ДНК-компьютер, который работает на принципиально иной физической основе. Исследование было опубликовано в журнале Nature.
Устройство получило название Scaffolded DNA Computer (SDC). Оно выполняет сложение, умножение и деление, используя не электрические сигналы, а химические взаимодействия молекул в водном растворе.
Главное отличие новой системы заключается в способе получения результата. Обычные компьютеры вынуждены постоянно потреблять энергию, чтобы удерживать систему в неравновесном состоянии и подавлять ошибки. ДНК-компьютер устроен так, что правильный ответ представляет собой наиболее термодинамически устойчивое состояние. После короткого нагрева и последующего охлаждения молекулы ДНК самопроизвольно собираются в структуру, которая и является решением задачи.
Для запуска вычислений в пробирку с соленой водой добавляют длинную нить ДНК-каркаса и множество коротких цепочек, кодирующих входные данные и правила программы. В одной капле такого раствора могут находиться миллиарды, а иногда и триллионы нитей, которые взаимодействуют друг с другом, формируя итоговую структуру.
Исследователи испытали десять различных программ, включая умножение на три, деление на два, проверку четности и сложение 25-битных чисел. Простые операции, такие как 10 + 3, занимали около 30 секунд, что является рекордом для молекулярных компьютеров, а более сложные расчеты могли длиться до 14 часов.
Разработка также продемонстрировала способность к многократному использованию. Ученые успешно перезапускали один и тот же алгоритм до 25 раз, просто добавляя новые нити ДНК в пробирку. Использование биологического каркаса из бактериофага M13 позволило масштабировать систему до 100-битных вычислений без потери точности.
Хотя новая система не предназначена для конкуренции с кремниевыми процессорами по скорости, она предлагает принципиально иной путь развития вычислений — энергоэффективный и потенциально способный работать внутри живых клеток. В перспективе такие молекулярные машины могут найти применение в системах долговременного хранения данных и в создании нанороботов для диагностики заболеваний.
Ранее «ГлагоL» сообщал, что Международное бюро мер и весов в середине октября рассмотрит вопрос об окончательном отказе от привязки мирового времени к физическому вращению Земли.