Okazuje się, że zamiast krzemowych tranzystorów za obliczenia odpowiadają w nim miliardy cząsteczek DNA znajdujących się w niewielkiej kropli słonej wody. Wyniki eksperymentów pokazują, że takie podejście może stanowić interesującą alternatywę dla tradycyjnych komputerów w zastosowaniach, w których liczy się przede wszystkim energooszczędność i możliwość pracy w skali molekularnej.
Czytaj też: Fizycy ujarzmili biały grafen. To kompletna odwrotność słynnego materiału
Mechanizm działania całego systemu znacząco różni się od tego, do czego przyzwyczaiły nas współczesne komputery. Informacje są zakodowane w sekwencjach DNA, a odpowiednio zaprojektowane nici mogą łączyć się ze sobą i tworzyć określone struktury. Naukowcy umieszczają krótkie fragmenty DNA wraz z dłuższą cząsteczką pełniącą funkcję swoistego rusztowania w kropli roztworu. Następnie krótkie podgrzanie rozpoczyna proces, który podczas późniejszego ochładzania prowadzi do samoorganizacji molekuł.
To właśnie powstająca struktura molekularna reprezentuje rezultat obliczenia. System nie musi więc przez cały czas otrzymywać energii z zewnętrznego źródła. Jak podkreślają badacze, kluczową cechą ich produktu jest zdolność do samodzielnego dochodzenia do wyniku po zainicjowaniu reakcji. W przeprowadzonych testach molekularny komputer wykonał dziesięć różnych programów. Proste działanie, takie jak 10 + 3, rozwiązał w około 30 sekund. Znacznie bardziej wymagające było dodawanie liczb zapisanych na 100 bitach. W przypadku wartości sięgających około 34 milionów obliczenie zajmowało mniej więcej 14 godzin. Naukowcy przeprowadzili przy tym nawet 25 kolejnych obliczeń w tej samej kropli, nie obserwując spadku wydajności systemu.
Nie oznacza to jednak, że DNA może w najbliższym czasie zastąpić procesor w smartfonie czy komputerze osobistym. Klasyczna elektronika pozostaje zdecydowanie szybsza w większości codziennych zastosowań. Twórcy z Irlandii dodają, że celem nie jest konkurowanie z krzemem pod względem szybkości, lecz stworzenie zupełnie innego sposobu wykonywania obliczeń.
Samo wykorzystanie DNA jako materiału obliczeniowego sięga 1994 roku, kiedy to Leonard Adleman pokazał, że reakcje zachodzące między cząsteczkami DNA mogą zostać wykorzystane do rozwiązywania problemów obliczeniowych. Późniejsze eksperymenty udowodniły między innymi możliwość rozwiązywania określonych problemów kombinatorycznych. W 2002 roku badacze rozwiązali za pomocą komputera DNA konkretny problem 3-SAT z 20 zmiennymi, przeszukując ponad milion możliwych kombinacji. Nowa konstrukcja z Maynooth University kontynuuje więc w rozwijający się kierunek badań nad komputerami molekularnymi, ale wyróżnia się przy tym sposobem wykorzystania samoorganizacji DNA i ograniczeniem zapotrzebowania na zewnętrzną energię.
Czytaj też: Człowiek ustanowił rekord, a komputer przebił go w kilka dni. Tak matematyka weszła w nową erę
W przyszłości tego rodzaju technologie mogą znaleźć zastosowanie tam, gdzie klasyczne układy elektroniczne mają ograniczenia związane z rozmiarem, zużyciem energii lub kompatybilnością z organizmami biologicznymi. DNA ma przy tym jeszcze jedną istotną właściwość: niezwykle dużą gęstość zapisu informacji. Dlatego badania nad obliczeniami molekularnymi mogą w przyszłości łączyć funkcje przechowywania danych i ich przetwarzania w jednym biologicznym środowisku.
