Комп’ютер, якому не потрібна постійна електрика для виконання обчислень? Звучить фантастично, але вчені справді створили систему, яка використовує замість транзисторів молекули ДНК.
Дослідники з Університету Мейнут в Ірландії розробили незвичайний підхід до обчислень, натхненний самою природою. Замість кремнієвих чипів і мільярдів транзисторів вони використали хімічні властивості ДНК.
Ідея проста лише на перший погляд.
Звичайні комп’ютери кодують інформацію за допомогою транзисторів, які перемикаються між різними станами. Щоб виконати розрахунок, ці перемикання потребують електричної енергії. Один транзистор споживає мізерну кількість енергії, але мільярди таких операцій, що відбуваються щосекунди, перетворюються на величезне споживання електрики.
Дослідники вирішили подивитися на ДНК інакше. Чотири хімічні «літери» молекули вже здатні зберігати інформацію, а взаємодію між ними можна використовувати для виконання алгоритмів. Це дослідження було опубліковано в журналі Nature.
Команда застосувала підхід, пов’язаний із ДНК-орігамі. Спеціальна молекула-«каркас» взаємодіє з короткими фрагментами ДНК у теплому сольовому розчині. Коли суміш охолоджується, молекули поступово переходять у найстабільнішу конфігурацію.
І саме ця структура стає відповіддю.
Тобто системі не потрібно постійно «підштовхувати» молекули електричними сигналами. Хімічна система сама рухається до стану з нижчою енергією, а результат обчислення фактично закодований у структурі, яка утворюється.
Звичайно, називати таку систему конкурентом сучасного процесора поки зарано. Наприклад, одне з продемонстрованих простих обчислень — додавання 3 і 10 — зайняло близько 30 секунд.
Для смартфона це була б вічність.
Але вчені й не намагаються зробити ДНК-комп’ютер швидшою версією ноутбука. Його потенційна перевага полягає в масовому паралелізмі: величезна кількість молекул може виконувати пов’язані процеси одночасно в крихітному об’ємі розчину.
За словами дослідників, їхня система стала найшвидшою серед подібних ДНК-комп’ютерів. Ще одна причина, чому ця технологія привертає увагу, — здатність ДНК зберігати величезні обсяги інформації. Теоретично один грам ДНК може вмістити сотні мільйонів гігабайтів даних.
Це не означає, що завтра дата-центри замінять серверні стійки пробірками. Технології ще потрібно довести стабільність, надійність, масштабованість і практичність зберігання та зчитування інформації.
Проте сама концепція виглядає надзвичайно цікаво. Замість того щоб постійно витрачати енергію на перемикання мільярдів електронних елементів, майбутні спеціалізовані комп’ютери потенційно зможуть використовувати саму фізику й хімію матеріалу для пошуку відповіді. Можливо це один із напрямів, який допоможе комп’ютерам майбутнього споживати значно менше енергії.