Учёные из Национального университета Ирландии в Майноуте создали первую в своём роде ДНК-вычислительную систему, которую называют одной из самых сложных и быстрых молекулярных компьютеров на сегодняшний день.
nИсследование, опубликованное в журнале Nature, демонстрирует, как цепочки ДНК способны выполнять операции умножения, деления и сложения. В отличие от привычных кремниевых процессоров, данная конструкция представляет собой набор взаимодействующих фрагментов ДНК в водном растворе, не требующий постоянного поступления электроэнергии и нуждающийся лишь в небольшом нагреве для запуска вычислений.
nРабота открывает перспективы долгосрочного хранения данных, энергосберегающих вычислений и, в дальнейшем, молекулярных устройств, способных функционировать внутри живых клеток для диагностики заболеваний.
nБыстрые вычисления при низком энергопотреблении
nДля создания ДНК-компьютера исследователи добавили в пробирку каплю воды и соли, короткие фрагменты ДНК и более длинную ДНК‑матрицу. После нагрева и последующего охлаждения молекулы начинают взаимодействовать, образуя структуру, которая и является результатом вычисления. Как отметил профессор Woods, система сама находит ответ без непрерывного supply энергии.
nВ ходе экспериментов было выполнено десять программ, включая вычисления на 100 битов. Один тест складывал числа от 11 миллиона до 34 миллиона и занимал до 14 часов, тогда как операция 10 + 3 завершилась за 30 секунд.
nПолученная конструкция оказалась устойчивой и многократно используемой: она смогла выполнить подряд до 25 различных вычислений. «Реакция в пробирке протекает быстро, но не так быстро, как в кремнии, и это не её цель. По сравнению с другими ДНК‑компьютерами наша система является самой быстрой», — отметил совместный первый автор исследования Dr Eshra.
nАльтернатива традиционным вычислениям
nПрофессор Damien Woods из Hamilton Institute и отдела информатики MU подчеркнул, что работа открывает новую ветвь в области вычислений: «Кремниевые компьютеры потребляют enormous объёмы энергии — 23 % электроэнергии Ирландии уходит на обработку и хранение данных. Мы долго смотрели только на один тип вычислителей, тогда как вокруг нас существует множество альтернатив, включая наш собственный мозг».
nДоктор Abeer Eshra, adjunct professor и учёный в Hamilton Institute, проведший многие опыты, отметил: «Одна капля жидкости содержит миллиарды, а иногда и триллионы цепей ДНК, которые взаимодействуют друг с другом, формируя результат».
nПроект MU в области ДНК‑вычислений поддерживается грантом Европейского совета по инноваций в размере 4 миллионов евро, возглавляемым профессором Woods. Инициатива DISCO (DNA‑based infrastructure for Storage and Computation) направлена на разработку новых методов вычислений и хранения данных с использованием ДНК‑технологий.
nПрофессор Woods добавил, что данная работа является частью более широкой инициативы по изучению нетрадиционных форм вычислений: «Это фундаментальная наука. Мы ещё не знаем, куда приведёт нас будущее».
