Компьютер извлекает квадратный корень

03 июня 2011 года, 10:12
Компьютер извлекает квадратный корень

Исследователи представили невероятно сложный ДНК-компьютер, который может вычислять квадратные корни, сообщает BBC News.

ДНК-компьютер – это система, использующая вычислительные возможности молекул ДНК, чтобы решать математические задачи. При этом каждая нить ДНК считается за «бит». В новом эксперименте использовалось 130 цепочек ДНК, участвовавших в последовательности запрограммированных химических изменений. Целью ее было в первую очередь показать возможность применения компьютерных технологий в биологической среде, возможно, даже в теле.

Впервые создать ДНК-компьютер предложил Леонард Адельман (Leonard Adelman) в 1994 году: тогда перед учеными стояла задача решить так называемую «задачу коммивояжёра» (Travelling salesman problem, TSP), суть которой заключается в нахождении самого выгодного маршрута, проходящего через указанные точки хотя бы по одному разу с последующим возвратом в исходную точку. С того момента во множестве вычислительных методов использовались свойства ДНК, которые делают ее интересной для компьютеризации: она может быть собрана «на заказ», а связи внутри нее хорошо изучены и надежны.

В 2006 году Эрик Уинфри (Erik Winfree) из Технологического института Калифорнии (California Institute of Technology), США, и его коллеги опубликовали в журнале Science статью об алгоритме, использующем один из этих методов, известном как замещение цепи – механизм репликации ДНК, встречающийся у некоторых вирусов, когда новая цепь замещает одну из более старых цепей.

Отрезки ДНК, состоящие только из одной цепочки, использовались как точки привязки для других одиночных цепочек. Тщательно запрограммировав движения этих отрезков, исследователи смогли воссоздать некоторое количество элементов, известных из обычной микроэлектроники, включая логические вентили (элементарный элемент цифровой схемы, выполняющий простейшую логическую операцию и преобразующий входные логические сигналы в выходной логический сигнал), усиление и обратную связь.

Сейчас профессор Уинфри и его соратник Лулу Кван (Lulu Qian) используют схему, в которой работают, как они их называют, «вентили-качели» (seesaw gates), выполняющие перетасовку и замену отрезков ДНК, используя при этом простейший алгоритм обработки данных.

В ходе работы выяснилось, что вентили-качели могли быть снова использованы для создания логических вентилей, а также дали пятикратное увеличение количества отрезков ДНК, когда-либо задействованных в такого типа ДНК-компьютерах.

По словам авторов, этот алгоритм можно использовать для решения намного более сложных задач, но это займет продолжительное время. Например, ученые применили свою схему для вычисления квадратного корня из четырехбитного числа (число в диапазоне от 0 до 15 включительно), но этот процесс занял порядка 6-10 часов.

Тем не менее, заметил профессор Уинфри, что, в отличие от обычной электроники, их задача не только в достижении высокой скорости обработки данных. «Мы больше не преследуем цель, поставленную Леонардом Адельманом в его оригинальном эксперименте с ДНК-компьютером: посоревноваться с кремнием, используя масштабный параллелизм химических реакций, чтобы решать комбинаторные задачи в математике, – говорит он. – Вместо этого наша цель – сделать вклад в развитие химии, научиться программировать поведение молекул. Мы бы хотели создать такую химическую систему, которая могла бы исследовать свою молекулярную среду, обрабатывать химические сигналы, принимать решения и действовать на химическом уровне».

Просмотров: 3420
Все лента новостей