Международная группа ученых под руководством специалистов из ирландского Университета Мейнута разработала молекулярный компьютер на основе ДНК, способный решать математические задачи без постоянных затрат энергии. Как сообщает журнал Nature, новая система естественным образом «дрейфует» к правильному ответу, подчиняясь законам термодинамики, не тратя ценные ресурсы на исправление неизбежных ошибок.
Традиционные вычислительные машины, включая обычные электронные ПК, работают в состоянии постоянного неравновесия: они непрерывно потребляют энергию, чтобы поддерживать правильную логику вычислений и подавлять нежелательные сбои. В отличие от них, новый Scaffolded DNA Computer (SDC) представляет результат алгоритма как самое термодинамически устойчивое состояние системы. При плавном снижении температуры молекулы ДНК самопроизвольно собираются в нужную структуру, словно вода, кристаллизующаяся в идеальную снежинку без внешнего вмешательства. В ходе экспериментов SDC успешно умножал на три, делил на два, складывал 25-битные числа и распознавал четность 8-битных последовательностей.
Некоторые вычисления занимали менее одной минуты, что стало абсолютным рекордом для молекулярных компьютеров. Кроме того, устройство оказалось многоразовым: ученые смогли перезапустить один из алгоритмов 25 раз, просто добавляя новые нити ДНК в пробирку. Использование биологического каркаса, полученного из бактериофага M13, позволило команде масштабировать систему до 100 битов вычислений без потери точности.
«Этот метод позволяет компьютеру буквально дрейфовать к правильному ответу. Мы предложили создавать физические системы, равновесие которых кодирует результат алгоритма», — пояснил один из ведущих авторов исследования, профессор Дэмиен Вудс из Университета Мейнута. По его словам, система естественным образом эволюционирует к правильному состоянию.
Идея вычислений с помощью молекул ДНК не нова: впервые ее сформулировал ученый Леонард Адлеман в 1994 году, доказав, что молекулы могут решать сложные комбинаторные задачи. Однако предыдущие разработки постоянно сталкивались с проблемами утечек сигнала и нестабильности, требуя сложного ручного контроля и точной калибровки температур. Новое исследование преодолевает эти ограничения, заимствуя принципы из ДНК-оригами — технологии направленного конструирования наноструктур из молекул ДНК, которые способны к самосборке в заранее запрограммированную форму. В дальнейшем этот подход может привести к созданию сверхнадежных систем хранения данных на ДНК и нанороботов, функционирующих внутри живых клеток.
Ранее Япония запустила первый функциональный квантовый компьютер на атомах.