Революционный компьютер на основе ДНК может работать без постоянного питания
Исследователи из Университета Мейнут в Ирландии создали ДНК-компьютер, который сложил числа 10 и 3 за 30 секунд. Это чрезвычайно долго по сравнению с обычными компьютерами, однако этот работает за счет взаимодействия молекул в воде, а не на кремниевом чипе.
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.