Křemíkové čipy dominují počítačům po celá desetiletí. Jsou rychlé. Jsou spolehliví. Dosahují však fyzických limitů. Do obrazu vstupuje maličký biologický stroj tvořený 32 řetězci DNA. Dosáhla působivého výkonu extrahovat druhé odmocniny všech dokonalých čtverců až do 900.
Výsledky byly publikovány v časopise Small. Experiment dokazuje, že biologické výpočty přecházejí od teorie k praktické aplikaci.
Jak DNA dělá matematiku
Běžné počítače používají bity. To jsou nuly a jedničky. DNA počítače používají báze adenin, cytosin, guanin a thymin. Tato písmena fungují jako binární kód. Jejich uspořádáním do specifických sekvencí mohou výzkumníci vytvořit logická hradla. Tyto brány plní matematické funkce.
Byl tu však jeden problém. Rané verze této technologie měly potíže s velkým počtem. Omezením bylo, že mohly zpracovávat pouze 4bitová binární čísla. Tím se výrazně zužuje rozsah výpočtů. Není možné extrahovat druhou odmocninu 900 pomocí 4 bitů.
Tým potřeboval širší záběr. Potřebovali 10 bitů.
Kódování řešení
Aby vědci překlenuli tuto mezeru, změnili svůj přístup. Zakódovali čísla do DNA pomocí kombinací deseti základních prvků. Každá kombinace představovala určitou druhou odmocninu. Rozsah pokrýval čísla od 1 do 900.
Nebylo to jen teoretické kódování. K řetězcům DNA byl připojen fluorescenční marker. Tím byly výsledky viditelné. Když počítač dokončil výpočet, barva indikovala odpověď.
Mechanika biologických výpočtů
Proces spoléhal na molekulární hybridizaci. Je to proces oddělování a přetváření dvoušroubovic DNA. Výzkumníci také použili metodu přemístění obvodu. Tato technika umožňuje, aby jeden řetězec vytlačil jiný v sekvenci.
V praxi to fungovalo takto:
- Kódování: Čísla byla zapsána do sekvencí DNA.
- Reakce: Řetězce prošly hybridizací a vytěsněním.
- Identifikace: Fluorescenční značka zvýraznila správný výsledek.
Systém efektivně vyřešil problém fyzickou manipulací s molekulami. Změna barvy sloužila jako výstupní signál.
Překonávání omezení křemíku
Moderní procesory jsou výkonné. Ale nejsou neomezené. Některé úlohy jsou pro standardní vybavení příliš složité. Biologické výpočty nabízejí jinou cestu.
Chunlei Guo, jeden z autorů studie, řekl New Scientist. Navrhl, že počítače DNA by mohly vyřešit problémy, které v současné době nebylo možné vyřešit. Zvládnou datové sady, které přetěžují křemíkové čipy.
Technologie je stále v plenkách. Není připraven vyměnit váš notebook. V dohledné době nebudete ve svém stolním počítači obchodovat za zkumavky. K tomu zatím neexistuje infrastruktura. Rychlost také nestačí. Potenciál je však jasný.
Tento experiment ukazuje, že výpočty nemusí probíhat ve vakuovém krytu. Mohou se vyskytovat in vitro. Mohou se vyskytovat v biologii. Otázkou už není, zda je to možné. Otázkou je, co konkrétně se rozhodne dál.
Přihlaste se k odběru novinek z oblasti vědy a techniky přes WhatsApp nebo Google News, aby vám nic neuniklo.
