Ученые создали первый компьютер из ДНК, который работает без источника питания
Исследователи Университета Мэйнута в Ирландии разработали вычислительную систему на основе ДНК, которая проводит расчеты без постоянного подключения к электричеству. Работа опубликована в журнале Nature.
Проблема энергопотребления вычислительной техники становится острее: по прогнозам, к 2050 году на вычисления будет уходить до 20% всей электроэнергии, которую потребляет коммерческий сектор США, а спрос дата-центров на электричество удвоится уже в ближайшие несколько лет.
Старший автор нового исследования, специалист по информатике Дэмиен Вудс, привел пример Ирландии, где на вычисления и хранение данных уже сейчас уходит 23% электроэнергии.
Классические компьютеры кодируют информацию через состояния транзисторов — переключение требует электрического заряда, и при миллиардах операций в секунду расход энергии становится значительным.
Читайте также
Молекулы ДНК тоже способны кодировать информацию, но вычисления в такой системе происходят за счет конкуренции между разными последовательностями нуклеотидов, а не переключения электрических состояний.
Сама идея ДНК-вычислений не нова: еще в 1990-х годах американский информатик Леонард Адлеман решил классическую задачу коммивояжера с помощью цепочек ДНК и биохимических реакций.
Команда Вудса объединила принципы ДНК-оригами с молекулярным «скаффолдом»: короткие фрагменты ДНК смешивают с основой в теплом солевом растворе, а при остывании раствора молекулы самостоятельно складываются в конфигурацию с минимальной энергией, которая и представляет собой ответ на вычислительную задачу. По словам Вудса, система находит решение без постоянного подвода энергии — молекулы взаимодействуют и формируют структуру самостоятельно.
В тестах команда прогнала несколько программ с расчетами размером до 100 бит. Одно из самых быстрых вычислений — сложение чисел 3 и 10 — заняло около 30 секунд, что заметно медленнее любого кремниевого процессора.
Соавтор исследования Абир Эшра уточнила, что скорость реакции в пробирке уступает электронике, но среди существующих ДНК-компьютеров разработка команды остается самой быстрой. Главное преимущество метода не в скорости, а в параллельности: система способна выполнять большое количество вычислений одновременно в одной капле раствора.
Помимо расчетов, ДНК рассматривается как перспективный носитель для хранения данных: теоретически один грамм молекулы способен вместить сотни млн гигабайт информации. В сочетании с низкоэнергозатратными методами записи и считывания это открывает путь к вычислительным системам, которые тратят значительно меньше энергии, чем современные дата-центры.
Подпишитесь на «Инк» в Telegram. Там мы пишем нескучным языком о самом важном для предпринимателей. Подписаться.
