Вычисляющую ДНК, которая сама собирается в последовательности, соответствующие различным алгоритмам, создали специалисты Калифорнийского технологического института (Калтех). Самосборка — важнейшее свойство этого «молекулярного компьютера», которое открывает дорогу к использованию технологии неспециалистами, подчеркивает один из авторов исследования Эрик Уинфри.

В основе ДНК-компьютера — молекулы, кодирующие по шесть бит информации. Это может быть число (например 100110), правила его изменения, то есть алгоритм, либо фиксация результата.

Команда начала с трех простых алгоритмов. Один определял, является ли введенное число четным или нечетным. Другой — подан ли на ввод «палиндром», который читается одинаково справа налево и слева направо. Третий алгоритм генерировал случайное число.

Важность открытия объясняет один из ведущих авторов статьи об этом в Nature, профессор Дамиен Вудс: «Представьте это как наноприложения. Компьютеры сделала столь полезными именно возможность запускать разные программы, не меняя аппаратную часть. Мы реализуем эту идею в молекулах, по сути, внедряя алгоритм в химию».

В основе вычислений — модификация оригинальной ДНК, поданной «на ввод». Добавьте к ней «вычислитель» — и ряд за рядом в пробирке сформируется «прядь результата».

Если нужен другой результат — достаточно добавить другой набор команд, собранный на основе около 700 блоков, разработанных учеными, сообщает Science Daily.

«Начав эксперименты, мы создали лишь три программы. Но почти сразу мы оценили потенциал системы. Это было то же волнение, которое испытываешь, в первый раз запрограммировав компьютер. Нам стало интересно, на что еще способны эти пряди. И в итоге мы спроектировали и запустили в общей сложности 21 цепь», — говорит Дэвид Доти.

Так, молекулярный компьютер вычисляет кратность трем, сравнивает два числа, умеет считать до 63 (111111 в двоичной системе).

Другие цепи обучили рисовать на «пряди» определенные узоры — зигзаг или двойную спираль, а также случайным образом расположенные ромбы.

Создатели называют гибкость системы ее серьезным преимуществом на фоне других необычных разработок. И Вудс, и Доти до начала работы в проекте были исключительно теоретиками, так что лабораторные навыки пришлось осваивать по ходу дела. Уинфри говорит, что необходимость приобретения навыков в разных дисциплинах — серьезный барьер на входе. «Компьютеры обошли это ограничение после создания машин, которые можно запрограммировать на высоком уровне — так что сегодня программисту не нужно разбираться в физике происходящего внутри транзистора. Цель нашей работы — показать, что молекулярные системы тоже можно программировать на высоком уровне… Так что „молекулярным программистам“ будущего не нужна будет кросс-дисциплинарность, чтобы создавать новое».

Сейчас необходимость приобретения навыков сразу во многих областях знаний ограничивает развитие квантовых компьютеров. Чтобы исследовать перспективную технологию, надо разбираться сразу в вычислениях, квантовой физике и химии. Так что отрасли серьезно не хватает кадров.