Кремнієві чіпи домінували у обчислювальній техніці протягом десятиліть. Вони швидкі. Вони надійні. Однак вони сягають фізичних меж. На сцену виходить крихітна біологічна машина, що складається з 32 ланцюжків ДНК. Вона зробила вражаюче досягнення: витягла квадратне коріння для всіх повних квадратів до 900.
Результати опубліковані у журналі Small. Експеримент доводить, що біологічні обчислення переходять від теорії до практичного застосування.
Як ДНК виконує математичні обчислення
Звичайні комп’ютери використовують біти. Це нулі та одиниці. Комп’ютери на ДНК використовують підстави: аденін, цитозин, гуанін та тимін. Ці букви діють як двійковий код. Упорядковуючи в певні послідовності, дослідники можуть створювати логічні вентилі. Ці вентилі виконують математичні функції.
Однак, була одна проблема. Ранні версії цієї технології зазнавали труднощів з великими числами. Обмеження полягало в тому, що вони могли обробляти лише 4-бітові двійкові числа. Це значно звужує діапазон обчислень. Витягти квадратний корінь із 900 за допомогою 4 біт неможливо.
Команді був потрібний ширший діапазон. Їм потрібні було 10 біт.
Кодування рішення
Щоб подолати цей розрив, дослідники змінили свій підхід. Вони закодували числа ДНК, використовуючи комбінації з десяти елементів основ. Кожна комбінація представляла певний квадратний корінь. Діапазон охоплював числа від 1 до 900.
Це було не просто теоретичне кодування. До ланцюжків ДНК було прикріплено флуоресцентний маркер. Це зробило результати видимими. Коли комп’ютер завершував обчислення, колір вказував на відповідь.
Механіка біологічних обчислень
Процес спирався на молекулярну гібридизацію. Це процес поділу та повторного утворення подвійних спіралей ДНК. Дослідники також використали метод витіснення ланцюгів. Ця техніка дозволяє одному ланцюгу витісняти інший у послідовності.
Ось як це працювало на практиці:
- Кодування: Числа записувалися в послідовності ДНК.
- Реакція: Ланцюги піддавалися гібридизації та витіснення.
- Ідентифікація: Флуоресцентний маркер підсвічував правильний результат.
Система ефективно вирішила проблему шляхом фізичного маніпулювання молекулами. Зміна кольору була вихідним сигналом.
Подолання обмежень кремнію
Сучасні процесори сильні. Але вони не безмежні. Деякі завдання надто складні для стандартного обладнання. Біологічні обчислення пропонують інший шлях.
Чунлей Го, один із авторів дослідження, розповів New Scientist. Він припустив, що комп’ютери на ДНК можуть вирішувати завдання, які зараз неможливо вирішити. Вони можуть обробляти набори даних, які перевантажують кремнієві чіпи.
Технологія все ще перебуває у зародковому стані. Вона не готова замінити ваш ноутбук. Ви не скоро змінюватимете свій настільний комп’ютер на пробірки. Інфраструктури для цього поки що немає. Швидкості також недостатньо. Проте потенціал очевидний.
Цей експеримент показує, що обчислення необов’язково мають відбуватися у вакуумному корпусі. Вони можуть відбуватися у пробірці. Вони можуть відбуватися у біології. Питання вже не в тому, чи це можливо. Питання, що саме воно вирішить наступним.
Підпишіться на оновлення новин науки та технологій через WhatsApp або Google News, щоб нічого не пропустити.
