Компьютер на ДНК извлекает квадратные корни до 900 — прорыв в молекулярных вычислениях

ДНК-компьютер в пробирке

Ученые Ройчестерского университета создали компьютер из цепочек ДНК в пробирке, вычисляющий квадратные корни полных квадратов (только целые числа) от 1 до 900. Это самый продвинутый ДНК-компьютер на сегодня.

Транзисторы Intel/AMD достигли 10 нм — всего в 10 раз шире молекулы ДНК. Физические пределы кремния приближаются. ДНК-вычисления — перспективная альтернатива: биохимия, ДНК и молекулярная биология вместо кремния. Область в зачаточном состоянии, но обещает решать задачи, непосильные для обычных компьютеров.

Доселе демонстрировались ДНК-схемы с десятками логических вентилей (базовые логические функции). Сложные математические операции были недоступны.

Три молекулярных модуля

Для 10-битной схемы извлечения корня через перемещение цепей ДНК разработаны три блока:

1. Когнитивный модуль: входные данные кодируются комбинацией из 10 строительных блоков ДНК с флуоресцентными маркерами. Разные комбинации = разные числа.
2. Биовычислительный модуль: 10-битный корень реализуется через реакции гибридизации между входами и реакционной платформой. Меняется флуоресцентный сигнал. Корень извлекается по цвету.
3. Определительный модуль: пороговая обработка выходных флуоресцентных сигналов для демонстрации работы схемы.

Входные сигналы можно оптимизировать через обратную связь по выходу — это улучшит производительность в сложных логических операциях.

Что дальше?

ДНК-компьютер дает уникальную структурную программируемость и мощную базу данных, открывая путь к сложным вычислительным схемам и новым функциональным устройствам.

Команда планирует использовать ту же технику для моделирования аналоговых/цифровых сигналов и расширения диапазона вычисляемых корней (не только целые числа).

Исследование предлагает универсальный подход для биоинженерии и биотехнологий. Ученые верят: ДНК-компьютеры со временем заменят кремниевые для обработки массивов данных и сложных вычислений.