Специалисты из Университета Мейнута, расположенного в Ирландии, представили инновационную разработку – молекулярный компьютер, где функции транзисторов выполняют молекулы дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК). Данная система позволяет проводить математические операции без применения традиционных электронных логических схем.

Новая разработка получила наименование Scaffolded DNA Computer (SDC).
По сведениям специалистов, это одна из наиболее сложных и оперативных молекулярных
вычислительных систем, созданных на текущий момент. В ходе тестирования
компьютер успешно реализовал десять различных программ, включая обработку данных,
содержащих до 100 бит.

В отличие от традиционных процессоров, где информация обрабатывается
с использованием транзисторов, SDC применяет взаимодействия между основаниями ДНК —
аденином, тимином, цитозином и гуанином. Именно последовательность молекул
задает логику предстоящих вычислений.

Конструкция компьютера основана на технологии ДНК-оригами. В процессе создания ученые используют длинную базовую цепочку ДНК и множество коротких синтетических фрагментов, выполняющих роль молекулярных «зажимов». После погружения в раствор воды и солей, а также прохождения цикла нагрева и охлаждения, молекулы самопроизвольно формируют запрограммированную вычислительную структуру.

Программный код непосредственно записывается в последовательности ДНК. При запуске химических реакций молекулы постепенно изменяют свою конфигурацию, стремясь к наиболее устойчивому состоянию. Именно конечная структура и представляет собой результат выполнения алгоритма.

В ходе проведённых экспериментов система успешно осуществила операции сложения, вычитания, умножения и деления, а также выполнила 100-битные вычисления без возникновения ошибок. Следует отметить, что данный компьютер не является полностью «энергонезависимым»: логические операции действительно происходят без использования электричества, однако для запуска процесса требуется нагрев, а создание и считывание ДНК предполагает наличие внешнего лабораторного оборудования.

Специалисты полагают, что молекулярные вычисления могут быть востребованы в тех
областях, где применение обычных кремниевых процессоров затруднено. ДНК
уже признана крайне емким носителем информации, а подобные системы в будущем
могут осуществлять вычисления непосредственно внутри живых клеток, изучая биологические
процессы и реагируя на признаки заболеваний.

В настоящее время Scaffolded DNA Computer является экспериментальной
лабораторной технологией и не предполагает замены современных центральных
процессорных устройств. Тем не менее, проведенная работа демонстрирует принципиально новый
подход к вычислениям, в котором программируемое поведение молекул служит фундаментом
для будущих вычислительных систем.