Международная команда ученых под руководством специалистов из ирландского Университета Мейнута разработала молекулярный компьютер на основе ДНК, который способен решать математические задачи без постоянного расхода энергии.
По информации журнала Nature, новая система естественным образом «дрейфует» к правильному ответу, следуя термодинамическим законам, не затрачивая при этом ценные ресурсы на исправление неизбежных ошибок.
Обычные вычислительные устройства, включая привычные электронные ПК, функционируют в состоянии постоянного неравновесия: они постоянно потребляют энергию, чтобы поддерживать корректную логику вычислений и предотвращать нежелательные сбои. В отличие от них, новый Scaffolded DNA Computer (SDC) представляет результат алгоритма как самое термодинамически стабильное состояние системы. При плавном понижении температуры молекулы ДНК самостоятельно собираются в необходимую структуру, подобно тому, как вода кристаллизуется в идеальную снежинку без внешнего вмешательства. В ходе экспериментов SDC успешно выполнял операции умножения на три, деления на два, сложения 25-битных чисел и распознавания четности 8-битных последовательностей.
Некоторые вычисления занимали менее одной минуты, что стало абсолютным рекордом для молекулярных компьютеров. Кроме того, устройство оказалось многоразовым: исследователи смогли перезапустить один из алгоритмов 25 раз, просто добавляя новые нити ДНК в пробирку. Применение биологического каркаса, полученного из бактериофага M13, дало возможность команде масштабировать систему до 100 битов вычислений без потери точности.
«Этот метод позволяет компьютеру буквально дрейфовать к правильному ответу. Мы предложили создавать физические системы, равновесие которых кодирует результат алгоритма», — объяснил один из ведущих авторов исследования, профессор Дэмиен Вудс из Университета Мейнута. По его словам, система естественным образом эволюционирует к правильному состоянию.
Идея вычислений с использованием молекул ДНК не является новой: впервые ее предложил ученый Леонард Адлеман в 1994 году, доказав, что молекулы могут решать сложные комбинаторные задачи. Однако предыдущие разработки часто сталкивались с проблемами утечек сигнала и нестабильности, требуя сложного ручного контроля и точной калибровки температур. Новое исследование преодолевает эти ограничения, заимствуя принципы из ДНК-оригами — технологии направленного конструирования наноструктур из молекул ДНК, которые способны к самосборке в заранее запрограммированную форму. В дальнейшем этот подход может привести к созданию сверхнадежных систем хранения данных на основе ДНК и нанороботов, работающих внутри живых клеток.
Фото: hi-tech.mail.ru