Новый компьютер ДНК может вычислять квадратные корни из до 900

• Компьютер, состоящий из нитей ДНК в пробирке, может находить квадратные корни из квадратных чисел от 1 до 900.
• Хотя он работает только с целыми числами, на сегодняшний день это самый продвинутый ДНК-компьютер.

В настоящее время такие компании, как Intel и AMD, массово производят транзисторы диаметром 10 нанометров - всего в 10 раз шире, чем молекулы ДНК.

Однако существует предел того, насколько малы эти транзисторы. Вскоре мы достигнем точки, когда больше не сможем производить более компактные и эффективные электронные устройства.

Одна из многообещающих альтернатив компьютерным технологиям на основе кремния - это ДНК-вычисления, в которых используются аппаратные средства биохимии, ДНК и молекулярной биологии. Эта область все еще находится в зачаточном состоянии, но открывает большие возможности для решения проблем, с которыми существующие компьютеры не справятся.

На данный момент ученые продемонстрировали схемы на основе ДНК, состоящие из десятков логических вентилей, которые могут выполнять некоторые основные логические функции. Однако они неспособны выполнять сложные математические операции.

Теперь исследователи из Рочестерского университета разработали компьютер из нитей ДНК в пробирке, который может вычислять квадратные корни из квадратных чисел (только целые числа) до 900.

Это означает, что он может найти квадратный корень из 1, 4, 9, 16, 25, 36, 49… 784, 841, 900. Это достигается путем конструирования последовательностей ДНК и программирования реакций замещения цепи ДНК.

Ссылка:Small | DOI:10.1002 / smll.201903489

3 молекулярных строительных блока

Чтобы реализовать 10-битную логическую схему с квадратным корнем посредством смещения нити ДНК, исследовательская группа разработала три молекулярных строительных блока.

1) Когнитивный модуль: Входные данные кодируются для распознавания одного или двух конкретных наноиндикаторов ДНК. Проще говоря, число закодировано в ДНК с помощью комбинации из 10 строительных блоков. Различная комбинация представляет собой разные числа, связанные с флуоресцентным маркером.

2) Модуль биокомпьютеров: 10-битный квадратный корень реализуется с помощью реакции гибридизации между различными входными комбинациями и реакционной платформой. Он изменяет флуоресцентный сигнал. Затем из цвета извлекается квадратный корень из исходного числа.

3) Модуль определения: Этот модуль требуется для порогового значения выходных сигналов по сигналам флуоресценции, чтобы продемонстрировать реализацию 10-битной логической схемы с квадратным корнем.

Также можно оптимизировать входные сигналы с помощью обратной связи по выходу. Это повысит производительность более сложных логических операций.

Что дальше?

Этот ДНК-компьютер обеспечивает уникальную структурную программируемость ДНК и мощную базу данных, открывая новые возможности для разработки сложных вычислительных схем и новых функциональных устройств.

Исследовательская группа будет использовать тот же метод для моделирования аналоговых или цифровых сигналов для выполнения более широкого диапазона вычислений квадратного корня вместо простого вычисления квадратных корней из целых чисел.

Прочтите:Microsoft создала полностью автоматизированное хранилище данных ДНК

В целом исследование предлагает более универсальный способ применения в биоинженерии и биотехнологиях. И исследователи действительно верят, что компьютеры ДНК в конечном итоге заменят компьютеры на основе кремния для обработки массивных данных и сложных вычислений.