- 愛爾蘭研究人員開發出最快且最複雜的DNA計算機。
- 該系統無需持續電力進行數學運算，基於DNA的存儲和計算架構。
- 研究顯示DNA計算機在解決複雜計算時表現出色，且可重複使用。
- DNA計算機未來可能在數位存儲和疾病識別方面發揮重要作用。
愛爾蘭的研究人員表示，他們創造了迄今為止最快且最複雜的「DNA 電腦」之一。該系統由梅努斯大學（Maynooth University）設計，這一里程碑式的成果顯示，微觀的遺傳代碼能夠執行過去僅限於電子微晶片的數學運算。該系統由在鹽水液滴中相互作用的 DNA 股組成，利用長 DNA 骨架和熱量啟動計算，而無需持續供電。這種「首創」的分子電腦能執行簡單的乘法、除法和加法。
無需電力進行計算，基於 DNA 的存儲和計算基礎設施是生物計算的一個未來方向。這些架構不是將位元寫入磁性表面或通過矽晶體管運行邏輯，而是將數位資訊轉換為四種核心遺傳鹼基的特定排列：腺嘌呤、胞嘧啶、鳥嘌呤和胸腺嘧啶。各種機構和組織一直在致力於基於 DNA 的系統。例如，加州理工學院的團隊開發了基於 DNA 的人工神經網絡，能夠通過分子相互作用在溶液中識別手寫數字（0-9），而無需微處理器。
DNA計算機的運作原理
如今，這一領域的研究與發展正加速推進，特別是在現代電子產品的能耗迅速上升之際。僅在愛爾蘭，標準數據中心就消耗了全國 23%的電力供應。
梅努斯大學漢密爾頓研究所的達米安·伍茲教授表示：「我們一直只看到一種電腦，但周圍還有其他例子，包括我們的腦。」為瞭解決矽晶片的問題，研究人員將電路板替換為生物基礎構件。這一過程相當簡單且低技術含量。科學家將短的 DNA 片段與較長的 DNA 骨架混合在小型鹽水液滴中。短暫的熱脈衝啟動了生物相互作用。隨著液體緩慢冷卻，數以百萬計的微觀股聚集在一起，反應並自我組裝成複雜的分子模式，顯示最終的答案。
無需依賴單一的電線或持續的電源，最終自組裝的分子結構便是計算的結果。
DNA計算機的潛在應用
梅努斯大學漢密爾頓研究所的助理教授及計算機科學家阿比爾·艾希拉博士表示：「一小滴液體中包含數十億，有時甚至數萬億的 DNA 股。這些股彼此相互作用以產生結果。」該液滴的能力令人驚訝。在測試運行中，團隊執行了十個不同的程序。該分子系統在 30 秒內解決了基本的數學問題如 10 + 3，而涉及高達 3400 萬的 100 位元加法的複雜計算則大約在 14 小時內完成。值得注意的是，這一設置並非一次性使用，團隊在同一液滴中進行了多達 25 次連續計算，且沒有任何性能損失。
伍茲補充道：「一項關鍵創新是，該系統自然能找到答案，而無需持續的能量輸入。」儘管液體處理技術不會取代當今的高速度智能手機，但絕對速度並不是主要目的。艾希拉博士表示：「反應在試管中發生得很快，但並不如矽晶片快，也並不是要做到這一點。但與其他 DNA 電腦相比，我們的確是最快的。」該團隊獲得了 400 萬歐元的歐洲創新理事會資助，名為 DISCO 項目，旨在開發電子晶片無法處理的應用。
DNA 提供無可比擬的存儲密度以及生物相容性。未來的版本可能會保護密集的數位檔案數千年，甚至能在人體血液中漂流，以逐個細胞識別疾病。
DNA計算機的潛力與挑戰
DNA計算機的發展標誌著生物計算的一個重要里程碑，尤其在當今電子產品能耗上升的背景下，無需持續電力的計算方式顯得尤為重要。這種技術不僅能解決基本的數學問題，還能在多次計算中保持性能，顯示出其在高密度數據存儲和長期穩定性方面的潛力。儘管目前的速度無法與傳統晶片相比，但DNA計算機的獨特優勢在於其生物相容性和未來應用的廣泛性，特別是在醫療和數據存儲領域。