Учени създадоха първия по рода си ДНК компютър, който решава сложни математически задачи, без захранване и човешка намеса

Учените от ирландския университет „Мейнут“ са създали един от най-интересните към днешна дата молекулярни компютри на базата на ДНК. Системата е способна да извършва математически операции – събиране, умножение и деление, като използва естествените механизми на репликация на ДНК веригите. Новото тук е, че изчисленията се извършват като че ли от само себе си.

Това не е първият „компютър“ на базата на ДНК. Всички предишни подходи обаче в по-голямата си част се основаваха на сложни, продължителни, енергоемки и изискващи контрол процеси. И макар дори те да се отличаваха с определени предимства в сравнение с „транзисторните“ изчислителни устройства, перспективите им бяха неясни.

В най-общия случай процесът се основава на самостоятелното сглобяване на множество къси ДНК вериги около дълга молекулярна основа, която програмира задачата. Новият метод също използва този принцип, но процесът е съпътстван от преминаването на системата в най-енергийно изгодното състояние. Така, след кратко нагряване, което задейства процеса, молекулите самостоятелно се пренареждат, а крайната конфигурация на ДНК се превръща в отговора на изчисленията.

Системата не се нуждае от постоянно захранване или външно управление по време на самото изчисление – всичко протича от само себе си. Фактически представеното решение е термодинамичен компютър, използващ ДНК.

В експериментите ДНК компютърът изпълни десет различни програми. Простите операции отнемаха около 30 секунди, докато по-сложните задачи – например, събиране на 100-битови числа с диапазон от стойности до десетки милиони изискваха приблизително 14 часа. Един и същ разтвор е бил използван за десетки последователни изчисления без забележимо влошаване на резултата, което също може да се счита за пробив, тъй като преди това е трябвало да се използва нов всеки път. И макар че такова изчислително устройство все още отстъпва на електронните процесори, предимството му също е очевидно – това е невероятният паралелизъм и изключително ниската консумация на енергия.

Изследователите смятат, че ДНК компютрите в бъдеще могат да заемат ниши, недостъпни за традиционната електроника: това са свръхплътно съхранение на данни, биосъвместими изчислителни устройства и молекулярни системи, способни да работят вътре в организма. За разлика от силициевите чипове, ДНК е едновременно носител на информация и градивен материал за изчислителния механизъм. Практическото приложение на такива системи обаче засега е ограничено до лабораторни условия: остават проблеми, свързани със скоростта, мащабируемостта и надеждното управление на сложни молекулярни реакции.