В пробирке с десятками тысяч микроскопических нитей ДНК можно рассчитать квадратные корни из квадратов чисел от одного до девятисот. Хотя такой подход применим только к целым числам, это самый совершенный компьютер ДНК на данный момент.
В настоящее время такие компании, как IntelКомпания AMD и другие производители создают транзисторы размером 10 нанометров, что всего в 10 раз больше длины молекул ДНК.
Имеется граница размера для этих транзисторов. В скором времени придёт момент, когда нельзя будет изготавливать ещё более миниатюрные и совершенные электронные приборы.
Перспективной заменой кремниевым компьютерам представляются вычисления на базе ДНК. В них применяются биохимические процессы, молекула ДНК и специальные приборы. молекулярной биологииЭтот сектор пока развит слабо, но у него большой потенциал для разрешения задач, недоступных современным компьютерам.
Ученые пока представили схемы на базе ДНК, включающие десятки логических элементов, способных выполнять простые логические операции. Сложные математические вычисления такими схемами выполнить не представляется возможным.
Учёные из Университета Рочестера создали компьютер из ДНК, способный находить квадратные корни целых чисел в диапазоне от 1 до 900.
Это означает, что возможно вычисление квадратного корня из чисел: 1, 4, 9, 16, 25, 36, 49… 784, 841, 900. Такой результат достигается проектированием последовательностей ДНК и программированием реакций смещения нитей ДНК.
Молекулярные строительные блоки
Исследователи создали три молекулярных элемента, чтобы осуществить десятибитную логическую схему с использованием квадратного корня и смещения цепи ДНК.
1) Когнитивный модульВходные данные кодируются для распознавания одного или двух определённых наноиндикаторов ДНК. Для этого число зашифровывается в молекуле ДНК с помощью комбинации из десяти строительных блоков. Разные комбинации представляют различные числа, которые соответствуют флуоресцентному маркером.
2) Биокомпьютерный модульДля вычисления 10-битного квадратного корня используется реакция гибридизации разных входных комбинаций с реакционной платформой, которая меняет флуоресцентный сигнал. Изменение цвета позволяет определить квадратный корень исходного числа.
3) Модуль определенияЭтот модуль нужен для определения порога выхода светового сигнала, чтобы показать работу десятиразрядной логической схемы с вычислением квадратного корня.
Оптимизация входных сигналов с помощью обратной связи по выходу повышает производительность при выполнении сложных логических операций.
Что дальше?
Этот компьютер на основе ДНК обладает необычайной программируемостью структуры ДНК и внушительной базой данных, что расширяет границы разработки сложных систем. вычислительных схем и новых функциональных устройств.
Группа исследователей применит ту же технику для моделирования аналоговых или цифровых сигналов, чтобы выполнять более широкий спектр вычислений квадратного корня, а не только корень из целых чисел.
Исследование предлагает более общий подход к использованию в биоинженерии и биотехнологии. Исследователи полагают, что компьютеры ДНК в будущем могут заменить кремниевые компьютеры для больших объемов данных и сложных вычислений.