- 爱尔兰研究人员开发出最快且最复杂的DNA计算机。
- 该系统无需持续电力进行数学运算，基于DNA的存储和计算架构。
- 研究显示DNA计算机在解决复杂计算时表现出色，且可重复使用。
- DNA计算机未来可能在数字存储和疾病识别方面发挥重要作用。
爱尔兰的研究人员表示，他们创造了迄今为止最快且最复杂的“DNA 计算机”之一。该系统由梅努斯大学（Maynooth University）设计，这一里程碑式的成果显示，微观的遗传代码能够执行过去仅限于电子微芯片的数学运算。该系统由在盐水液滴中相互作用的 DNA 股组成，利用长 DNA 骨架和热量启动计算，而无需持续供电。这种“首创”的分子电脑能执行简单的乘法、除法和加法。
无需电力进行计算，基于 DNA 的存储和计算基础设施是生物计算的一个未来方向。这些架构不是将位元写入磁性表面或通过硅晶体管运行逻辑，而是将数字信息转换为四种核心遗传碱基的特定排列：腺嘌呤、胞嘧啶、鸟嘌呤和胸腺嘧啶。各种机构和组织一直在致力于基于 DNA 的系统。例如，加州理工学院的团队开发了基于 DNA 的人工神经网络，能够通过分子相互作用在溶液中识别手写数字（0-9），而无需微处理器。
DNA计算机的运作原理
如今，这一领域的研究与发展正加速推进，特别是在现代电子产品的能耗迅速上升之际。仅在爱尔兰，标准数据中心就消耗了全国 23%的电力供应。
梅努斯大学汉密尔顿研究所的达米安·伍兹教授表示：“我们一直只看到一种电脑，但周围还有其他例子，包括我们的脑。”为了解决硅芯片的问题，研究人员将电路板替换为生物基础构件。这一过程相当简单且低技术含量。科学家将短的 DNA 片段与较长的 DNA 骨架混合在小型盐水液滴中。短暂的热脉冲启动了生物相互作用。随着液体缓慢冷却，数以百万计的微观股聚集在一起，反应并自组装成复杂的分子模式，显示最终的答案。
无需依赖单一的电线或持续的电源，最终自组装的分子结构便是计算的结果。
DNA计算机的潜在应用
梅努斯大学汉密尔顿研究所的助理教授及计算机科学家阿比尔·艾希拉博士表示：“一小滴液体中包含数十亿，有时甚至数万亿的 DNA 股。这些股彼此相互作用以产生结果。”该液滴的能力令人惊讶。在测试运行中，团队执行了十个不同的程序。该分子系统在 30 秒内解决了基本的数学问题如 10 + 3，而涉及高达 3400 万的 100 位元加法的复杂计算则大约在 14 小时内完成。值得注意的是，这一设置并非一次性使用，团队在同一液滴中进行了多达 25 次连续计算，且没有任何性能损失。
伍兹补充道：“一项关键创新是，该系统自然能找到答案，而无需持续的能量输入。”尽管液体处理技术不会取代当今的高速度智能手机，但绝对速度并不是主要目的。艾希拉博士表示：“反应在试管中发生得很快，但并不如硅芯片快，也并不是要做到这一点。但与其他 DNA 电脑相比，我们的确是最快的。”该团队获得了 400 万欧元的欧洲创新理事会资助，名为 DISCO 项目，旨在开发电子芯片无法处理的应用。
DNA 提供无可比拟的存储密度以及生物兼容性。未来的版本可能会保护密集的数字档案数千年，甚至能在人体血液中漂流，以逐个细胞识别疾病。
DNA计算机的潜力与挑战
DNA计算机的发展标志着生物计算的一个重要里程碑，尤其在当今电子产品能耗上升的背景下，无需持续电力的计算方式显得尤为重要。这种技术不仅能解决基本的数学问题，还能在多次计算中保持性能，显示出其在高密度数据存储和长期稳定性方面的潜力。尽管目前的速度无法与传统芯片相比，但DNA计算机的独特优势在于其生物兼容性和未来应用的广泛性，特别是在医疗和数据存储领域。