Od dziesięcioleci chipy krzemowe zdominowały komputery. Są szybkie. Są niezawodne. Jednak osiągają fizyczne granice. Na obraz pojawia się maleńka maszyna biologiczna złożona z 32 nici DNA. Dokonała imponującego wyczynu wyodrębnienia pierwiastków kwadratowych ze wszystkich doskonałych kwadratów aż do 900.
Wyniki opublikowano w czasopiśmie Small. Eksperyment dowodzi, że obliczenia biologiczne przechodzą od teorii do zastosowań praktycznych.
Jak DNA radzi sobie z matematyką
Zwykłe komputery używają bitów. Są to zera i jedynki. Komputery DNA wykorzystują zasady: adeninę, cytozynę, guaninę i tyminę. Litery te działają jak kod binarny. Układając je w określoną sekwencję, badacze mogą tworzyć bramki logiczne. Bramki te pełnią funkcje matematyczne.
Jednak był jeden problem. Wczesne wersje tej technologii miały trudności z dużymi liczbami. Ograniczeniem było to, że mogli przetwarzać tylko 4-bitowe liczby binarne. To znacznie zawęża zakres obliczeń. Niemożliwe jest wyodrębnienie pierwiastka kwadratowego z 900 przy użyciu 4 bitów.
Zespół potrzebował szerszego zasięgu. Potrzebowali 10 bitów.
Kodowanie rozwiązania
Aby wypełnić tę lukę, naukowcy zmienili swoje podejście. Zakodowali liczby w DNA, używając kombinacji dziesięciu podstawowych elementów. Każda kombinacja reprezentowała określony pierwiastek kwadratowy. Zakres obejmował liczby od 1 do 900.
Nie było to tylko kodowanie teoretyczne. Do nici DNA przyczepiono marker fluorescencyjny. Dzięki temu rezultaty były widoczne. Kiedy komputer zakończył obliczenia, kolor wskazywał odpowiedź.
Mechanika obliczeń biologicznych
Proces opierał się na hybrydyzacji molekularnej. Jest to proces rozdzielania i ponownego tworzenia podwójnych helis DNA. Naukowcy zastosowali także metodę przemieszczania obwodu. Technika ta pozwala jednemu łańcuchowi na wypieranie drugiego w sekwencji.
Oto jak to działało w praktyce:
- Kodowanie: Do sekwencji DNA wpisano liczby.
- Reakcja: Łańcuchy uległy hybrydyzacji i przemieszczeniu.
- Identyfikacja: Marker fluorescencyjny podkreślił prawidłowy wynik.
System skutecznie rozwiązał problem poprzez fizyczną manipulację cząsteczkami. Zmiana koloru służyła jako sygnał wyjściowy.
Pokonywanie ograniczeń krzemu
Nowoczesne procesory są potężne. Ale nie są one nieograniczone. Niektóre zadania są zbyt skomplikowane dla standardowego sprzętu. Obliczenia biologiczne oferują inną ścieżkę.
Chunlei Guo, jeden z autorów badania, powiedział New Scientist. Zasugerował, że komputery DNA mogłyby rozwiązać problemy, które obecnie są niemożliwe do rozwiązania. Potrafią obsłużyć zbiory danych, które przeciążają chipy krzemowe.
Technologia ta jest wciąż w powijakach. Nie jest gotowy na wymianę laptopa. W najbliższym czasie nie będziesz wymieniać komputera stacjonarnego na probówki. Nie ma jeszcze infrastruktury do tego. Szybkość też nie wystarczy. Potencjał jest jednak wyraźny.
Doświadczenie to pokazuje, że obliczenia nie muszą odbywać się w komorze próżniowej. Mogą wystąpić in vitro. Mogą wystąpić w biologii. Nie ma już pytania, czy jest to możliwe. Pytanie, co dokładnie zdecyduje w następnej kolejności.
Subskrybuj aktualizacje wiadomości naukowych i technologicznych za pośrednictwem WhatsApp lub Google News, aby niczego nie przegapić.
