новости компании о Молекулярный компьютер ирландских исследователей использует ДНК-оригами

Три исследователя из Института Гамильтона в Ирландии разработали молекулярный компьютер, использующий взаимодействующие нити ДНК, суспендированные в воде, способный выполнять умножение, деление и сложение.

Команда, состоящая из профессора Дэмиена Вудса, доцента доктора Абира Эшры и доктора Тристана Стерина, опубликовала свои выводы в журнале Nature. Они заявляют, что это исследование открывает новые возможности для долговременного хранения данных, энергоэффективных вычислений и, в конечном итоге, для молекулярных систем, работающих внутри клеток, для таких применений, как обнаружение заболеваний.

                                                                          Исследователи ДНК из Мейнута

Концепция кажется удивительно простой в обзоре, но чрезвычайно сложной в реализации. Исследователи поместили каплю соленой воды в пробирку вместе с короткими фрагментами ДНК и более длинным ДНК-каркасом. Нагревание, а затем охлаждение смеси заставляет ДНК выполнять вычисления. Вудс прокомментировал: «Молекулы взаимодействуют, образуют структуру, и эта структура является ответом. Ключевым нововведением является то, что система естественным образом находит этот ответ без постоянного потребления энергии».

Названный Scaffolded DNA Computer (SDC), он использует длинные ДНК-каркасы в качестве основы. Сотни более коротких нитей прикрепляются к заранее разработанным местам связывания для кодирования битов. Эти связи могут быть изменены для редактирования данных в качестве входных данных для молекулярных программ. Взаимодействия ДНК ведут себя предсказуемо, подобно кубикам Lego или оригами из ДНК, и одно и то же влажное оборудование может выполнять различные молекулярные программы.

Охлаждение направляет систему к термодинамически стабильному равновесному состоянию, кодирующему выходные данные алгоритма. Вычисления происходят автоматически по мере достижения системой равновесия. Исследователи отмечают, что это устраняет необходимость в отдельных подсистемах коррекции ошибок, поскольку система естественным образом приходит к целевому выходному состоянию.

Команда выполнила десять программ, включая:
---Умножение на 3,
---Деление на 2,
---Обнаружение четности 8-битных чисел,
---Сложение 25-битных чисел — вычисление 100 бит.

По кремниевым стандартам вычисления остаются медленными, хотя и устанавливают новые скоростные рекорды в области ДНК-вычислений. Один эксперимент по сложению чисел в диапазоне примерно от 11 миллионов до 34 миллионов занял до 14 часов для получения результатов, в то время как вычисление 10 плюс 3 завершилось за 30 секунд. Исследователи сообщают, что SDC может выполнять нетривиальные вычисления всего за 30 секунд — одну минуту, что соответствует скоростным ограничениям их лабораторного оборудования и представляет собой самые быстрые подобные программы, задокументированные в литературе по ДНК-вычислениям.

Доктор Эшра сказал: «Реакция происходит быстро в пробирке, но не так быстро, как в кремнии, и это не предполагается. Но по сравнению с другими ДНК-компьютерами, наш самый быстрый».

Устройство также описывается как надежное и многоразовое, способное выполнять до 25 последовательных различных вычислений.

Сложность этой работы видна на диаграммах, представленных в их статье в Nature;

Просмотр полной диаграммы помогает проиллюстрировать ее масштаб.

Исследователи пишут в своей статье в Nature: «Принципы термодинамических вычислений могут обеспечить надежное хранение данных на основе ДНК». Хотя это теоретически возможно, медленный доступ к данным и сложность системы делают широкомасштабное хранение данных на основе ДНК непрактичным. Заявления о том, что кремниевые вычисления, даже с постоянным потреблением энергии, сталкиваются с угрозой со стороны этого государственного исследования, явно преувеличены. Тем не менее, молекулярные ДНК-вычисления могут оказаться ценными для перепрограммирования человеческих клеток, что является захватывающей перспективой.

Профессор Вудс отметил: «Это наука о голубом небе. Мы не знаем, куда нас приведет будущее».

Тристан Стерин поделился подробным отчетом об исследовании и его истоках.

Сноски
Это исследование ДНК-компьютера получает финансирование ЕС в рамках проекта DISCO (DNA-based Infrastructure for Storage and Computation). Инициатива исследует ДНК-технологии для новых методов вычислений и хранения данных. Проект, финансируемый через European Innovation Council Pathfinder Challenge по цифровому хранению данных на основе ДНК, имеет бюджет около 4 миллионов евро (4,6 миллиона долларов). Координируемый профессором Вудсом и группой TAPDANCE в Университете Мейнута, его партнерами являются Tilibit из Мюнхена, специализирующийся на ДНК-оригами, и парижская PRGM.dev / Major Groove.

TAPDANCE — это исследовательская группа «Теория и практика ДНК-вычислительных движков» в Институте Гамильтона и Департаменте компьютерных наук Университета Мейнута под руководством профессора Вудса.

Университет Мейнута — это составная школа Национального университета Ирландии, расположенная в Мейнуте, графство Килдэр, Ирландия, примерно в 15 милях к западу от Дублина.

Beijing Qianxing Jietong Technology Co., Ltd.
Сэнди Янг / Директор по глобальным стратегиям
WhatsApp / WeChat: +86 13426366826
Электронная почта: yangyd@qianxingdata.com
Веб-сайт: www.qianxingdata.com/www.storagesserver.com
Сфера деятельности:
Дистрибуция ИКТ-продукции / Системная интеграция и услуги / Инфраструктурные решения
Обладая более чем 20-летним опытом дистрибуции ИТ, мы сотрудничаем с ведущими мировыми брендами, чтобы поставлять надежные продукты и профессиональные услуги.
«Используя технологии для построения интеллектуального мира» Ваш надежный поставщик услуг ИКТ-продукции!