Nature: ученые создали молекулярный ДНК-компьютер без затрат энергии

istockphoto.com

Международная команда ученых под руководством специалистов Университета Мейнута в Ирландии разработала молекулярный компьютер на основе ДНК, который способен выполнять вычисления без постоянного потребления энергии. Исследование опубликовано в журнале Nature.

В отличие от обычных компьютеров, которым приходится непрерывно расходовать энергию для поддержания вычислительных процессов и исправления ошибок, новая система Scaffolded DNA Computer (SDC) устроена иначе. Результат вычисления соответствует наиболее устойчивому состоянию молекулярной системы, поэтому она постепенно сама приходит к правильному ответу.

Принцип можно сравнить с кристаллизацией воды: при снижении температуры молекулы самостоятельно выстраиваются в устойчивую структуру. В экспериментах SDC умножал числа на три, делил на два, складывал 25-битные числа и определял четность 8-битных последовательностей.

Некоторые вычисления занимали менее минуты — исследователи называют это рекордным показателем для молекулярных компьютеров. Систему также удалось использовать повторно: один из алгоритмов запускали 25 раз, добавляя в пробирку новые нити ДНК.

Для создания компьютера ученые использовали биологический каркас на основе бактериофага M13. Это позволило масштабировать систему до 100 битов вычислений без потери точности.

«Этот метод позволяет компьютеру буквально дрейфовать к правильному ответу», — пояснил профессор Университета Мейнута Дэмиен Вудс, один из авторов исследования.

Вычисления с помощью ДНК начали изучать еще в 1994 году, когда Леонард Адлеман показал, что молекулы способны решать сложные комбинаторные задачи. Однако ранние системы сталкивались с утечками сигналов и нестабильностью, из-за чего требовали постоянного контроля.

Авторы новой разработки использовали принципы ДНК-оригами — технологии, позволяющей программировать молекулы для самостоятельной сборки в заданные структуры. В перспективе такой подход может найти применение в системах хранения данных на основе ДНК и создании нанороботов, способных работать внутри живых клеток.