Кремниевые чипы доминировали в вычислительной технике на протяжении десятилетий. Они быстры. Они надежны. Однако они достигают физических пределов. На сцену выходит крошечная биологическая машина, состоящая из 32 цепочек ДНК. Она совершила впечатляющее достижение: извлекла квадратные корни для всех полных квадратов до 900.
Результаты опубликованы в журнале Small. Эксперимент доказывает, что биологические вычисления переходят от теории к практическому применению.
Как ДНК выполняет математические вычисления
Обычные компьютеры используют биты. Это нули и единицы. Компьютеры на ДНК используют основания: аденин, цитозин, гуанин и тимин. Эти буквы действуют как двоичный код. Упорядочивая их в определенные последовательности, исследователи могут создавать логические вентили. Эти вентили выполняют математические функции.
Однако была одна проблема. Ранние версии этой технологии испытывали трудности с большими числами. Ограничение заключалось в том, что они могли обрабатывать только 4-битные двоичные числа. Это значительно сужает диапазон вычислений. Извлечь квадратный корень из 900 с помощью 4 бит невозможно.
Команде требовался более широкий диапазон. Им нужны были 10 бит.
Кодирование решения
Чтобы преодолеть этот разрыв, исследователи изменили свой подход. Они закодировали числа в ДНК, используя комбинации из десяти элементов оснований. Каждая комбинация представляла определенный квадратный корень. Диапазон охватывал числа от 1 до 900.
Это было не просто теоретическое кодирование. К цепочкам ДНК был прикреплен флуоресцентный маркер. Это сделало результаты видимыми. Когда компьютер завершал вычисления, цвет указывал на ответ.
Механика биологических вычислений
Процесс опирался на молекулярную гибридизацию. Это процесс разделения и повторного образования двойных спиралей ДНК. Исследователи также использовали метод вытеснения цепей. Эта техника позволяет одной цепи вытеснять другую в последовательности.
Вот как это работало на практике:
- Кодирование: Числа записывались в последовательности ДНК.
- Реакция: Цепи подвергались гибридизации и вытеснению.
- Идентификация: Флуоресцентный маркер подсвечивал правильный результат.
Система эффективно решила проблему путем физического манипулирования молекулами. Изменение цвета служило выходным сигналом.
Преодоление ограничений кремния
Современные процессоры мощны. Но они не безграничны. Некоторые задачи слишком сложны для стандартного оборудования. Биологические вычисления предлагают другой путь.
Чунлей Го, один из авторов исследования, рассказал New Scientist. Он предположил, что компьютеры на ДНК могут решать задачи, которые в настоящее время невозможно решить. Они могут обрабатывать наборы данных, которые перегружают кремниевые чипы.
Технология все еще находится в зачаточном состоянии. Она не готова заменить ваш ноутбук. Вы не скоро будете менять свой настольный компьютер на пробирки. Инфраструктуры для этого пока нет. Скорости тоже недостаточно. Тем не менее, потенциал очевиден.
Этот эксперимент показывает, что вычисления не обязательно должны происходить в вакуумном корпусе. Они могут происходить в пробирке. Они могут происходить в биологии. Вопрос уже не в том, возможно ли это. Вопрос в том, что именно оно решит следующим.
Подпишитесь на обновления новостей науки и технологий через WhatsApp или Google News, чтобы ничего не пропустить.
