DNA-computer Berekent Vierkantswortels tot 900 — Mijlpaal in Moleculaire Computing

Een computer gemaakt van DNA-strengen in een buisje kan vierkantswortels berekenen van kwadraatgetallen van 1 tot 900. Hoewel het alleen voor gehele getallen werkt, is dit de meest geavanceerde DNA-computer tot nu toe.

De Grens van Silicium

Op dit moment produceren bedrijven zoals Intel en AMD transistors van 10 nanometer — slechts 10 keer breder dan DNA-moleculen. Er is echter een limiet aan hoe klein deze transistors kunnen worden. We zullen binnenkort een punt bereiken waar we geen kleinere en efficiëntere elektronische apparaten meer kunnen maken.

Een van de veelbelovende alternatieven voor silicium-gebaseerde computertchnologie is DNA-computing, die biochimie, DNA en moleculaire biologie-hardware gebruikt. Het veld is nog in de kinderschoenen, maar belooft groot voor het oplossen van problemen die bestaande computers niet aan kunnen.

Tot nu toe hebben wetenschappers DNA-gebaseerde circuits getoond met tientallen logische poorten, die basisfuncties kunnen uitvoeren. Ze zijn echter onstaat om complexe wiskundige operaties te realiseren.

De Doorbraak uit Rochester

Nu hebben onderzoekers van de Universiteit van Rochester een computer ontwikkeld van DNA-strengen in een buisje, die de vierkantswortels van kwadraatgetallen (alleen integers) tot 900 kan berekenen.

Dit betekent dat het de vierkantswortel kan vinden van 1, 4, 9, 16, 25, 36, 49… 784, 841, 900. Dit wordt bereikt door DNA-sequenties te ontwerpen en DNA-strengverplaatsingsreacties te programmeren.

Drie Moleculaire Bouwstenen

Om de 10-bit vierkantswortel-logische circuit via DNA-strengverplaatsing te realiseren, ontwikkelde het onderzoeks team drie moleculaire bouwstenen:

1. Cognitieve Module: Invoer wordt gecodeerd om één of twee specifieke DNA-nano-indicatoren te herkennen. In simpele woorden: een getal wordt op de DNA gecodeerd met een combinatie van 10 bouwstenen. De verschillende combinaties vertegenwoordigen verschillende getallen die verbonden zijn met een fluorescente marker.
2. Biocomputeringsmodule: De 10-bit vierkantswortel wordt gerealiseerd met behulp van de hybridisatiereactie tussen verschillende invoercombinaties en reactieplatform. Het verandert het fluorescente signaal. De vierkantswortel van het oorspronkelijke getal wordt vervolgens geëxtraheerd uit de kleur.
3. Definitive Module: Deze module is vereist om de uitgangen af te bakenen via fluorescente signalen om de realisatie van de 10-bit vierkantswortel-logische circuit te demonstreren.

Het is ook mogelijk om de invoersignalen te optimaliseren via de uitvoerfeedback. Dit zal de prestaties verbeteren bij complexere logische operaties.

Wat Komt Er Nu?

Deze DNA-computer biedt unieke structurele programmeerbaarheid van DNA en een krachtige database, wat nieuwe wegen opent voor de ontwikkeling van complexe computercircuits en nieuwe functionele apparaten.

Het onderzoeks team zal dezelfde techniek gebruiken om analoge of digitale signalen te simuleren om een breder bereik aan vierkantswortelberekeningen uit te voeren, in plaats van alleen vierkantswortels van gehele getallen te berekenen.

Over het algemeen biedt de studie een meer universele manier voor toepassingen in bio-engineering en biotechnologie. En onderzoekers geloven dat DNA-computers uiteindelijk silicium-gebaseerde computers zullen vervangen voor massale dataverwerking en ingewikkelde berekeningen.