Революционный компьютер на основе ДНК может работать без постоянного питания

Как молекулы выполняют вычисления

Система также умеет умножать и делить. Но самое интересное, что для этого ей не требуется постоянное питание, пишет SciTechDaily. Авторы называют свою разработку первой в своем роде и одной из самых сложных и быстрых молекулярных вычислительных систем, о которых сообщалось до сих пор.

Для создания компьютера команда смешала в пробирке каплю воды с солью, короткие фрагменты ДНК и более длинную ДНК-основу, которая выполняет роль каркаса. Смесь нужно лишь слегка нагреть, чтобы запустить процесс, а затем охладить. Именно во время охлаждения происходит вычисление.

Доктор Абир Эшра, доцент и ученый-компьютерщик из Института Гамильтона при Университете Мейнут, провела множество экспериментов. Она описала, что происходит внутри жидкости.

Крошечная капля жидкости содержит миллиарды, а иногда и триллионы нитей ДНК. Эти нити взаимодействуют между собой, чтобы получить результат– прокомментировала Абир Эшра.

Несмотря на то что обычно вычисления требуют постоянного подвода энергии, здесь все устроено иначе. Профессор Деймиен Вудс из Института Гамильтона объяснил, в чем заключается основная идея.

Молекулы взаимодействуют, образуют структуру, и эта структура и есть ответ. Одна из ключевых инноваций заключается в том, что система естественным образом находит ответ без необходимости постоянного подвода энергии– рассказал Деймиен Вудс.

Насколько быстр такой компьютер

Исследователи запустили десять программ, в том числе 100-битные вычисления. В одном из экспериментов компьютер складывал числа примерно от 11 миллионов до 34 миллионов, и на результат ему потребовалось до 14 часов. Система также продемонстрировала надежность и способность к повторному использованию: она выполнила до 25 различных вычислений подряд.

По скорости ДНК-компьютер не может соперничать с кремнием, и разработчики к этому не стремятся. Однако среди других ДНК-компьютеров он самый быстрый. Эшра является первым соавтором исследования вместе с доктором Тристаном Стерином. Среди соавторов также старший научный сотрудник доктор Константин Эванс и студент-исследователь Джанет Адио.

Зачем искать альтернативу кремнию

Ученые видят в этой технологии потенциал для долгосрочного хранения данных и энергоэффективных вычислений. Со временем молекулярные системы могут заработать и внутри клеток, например, для выявления заболеваний.

Вудс объяснил, почему команда занялась другими формами вычислений. Кремниевые компьютеры потребляют очень много энергии: в Ирландии 23% электроэнергии уходит на вычисления и хранение данных. По его словам, люди слишком долго видели только один тип компьютера, хотя вокруг нас есть и другие примеры, в частности человеческий мозг.

Исследование ДНК-вычислений в Мейнуте поддерживается грантом Европейского инновационного совета в размере 4 миллионов евро, который возглавляет Вудс. Проект DISCO (инфраструктура на основе ДНК для хранения и вычислений) ставит целью разработать новые способы вычисления и хранения данных с помощью ДНК-технологий. Сам Вудс называет это фундаментальной наукой без гарантированного прикладного результата и признается, что не знает, к чему приведет это в будущем.

Работа ученых была опубликована в журнале Nature. Ее поддержали Европейский исследовательский совет, Европейский инновационный совет, Science Foundation Ireland и Research Ireland.