DNK računalnik zna koreniti do devetsto

Ameriški biokemiki so napravili računski stroj, ki uporablja DNK za korenjenje števil do vključno devetsto, in sicer z zanimivo rešitvijo izpisa, saj rezultate sporočajo fluorescentni označevalci.

Računski stroji, ki za hrambo in procesiranje podatkov uporabljajo molekule naravnega dednega materala - DNK, so poleg kvantnih druga veja računalnikov, s katerimi skušajo inženirji obiti omejitve obstoječih, klasičnih naprav. Deoksiribonukleinska kislina ta hip veliko obeta predvsem pri hrambi podatkov. Zelo je obstojna in se, tudi zaradi tridimenzionalne zgradbe, ponaša z visoko gostoto zapisa informacij: že pred osmimi leti je harvardski genetik George Church z ekipo v en gram DNK zapisal 700 terabajtov. Microsoft ima ambiciozen cilj že letos ponuditi prvo eksperimentalno shrambo podatkov v obliki DNK v oblaku. Lani je v tem oziru tako predstavil prvi stroj za avtomatizirano shranjevanje in branje molekul, ki pa je še vedno presneto počasen, saj je besedo "hello" shranjeval in bral prek dvajset ur.

Z DNK pa znamo podatke tudi procesirati. Pri tem ima ključno vlogo visoka sposobnost samoorganiziranja molekul, ki se glede na svojo sestavo hitro razporedijo in oblikujejo v določene elemente. To pridoma izrabljamo pri DNK origamiju, eni ključnih tehnologij prihodnosti, na kateri bo bržkone slonela proizvodnja nanobotov ter računskih vezij z za molekulo velikimi elementi. Hkrati samoorganiziranje pomeni, da je mogoče niti DNK z zapisanimi podatki in ukazi vreči v posodo ter dobro pomešati, pa dobimo ven rezultat. Na ta način dosežemo neke sorte množični paralelizem, ker izračun poteka na vseh vrednostih hkrati (kar je pač v posodi), to pa je podobna računska prednost, kot jo pričakujemo tudi od kvantnih računalnikov. Zato so tudi nekateri izzivi, ki naj bi se jih na ta način lotevali, podobni, na primer problem trgovskega potnika in podobni NP-polni problemi.

Na Univerzi Rochester v državi New York so se zdaj lotili še enega specifičnega izziva DNK procesiranja, namreč branja podatkov. Običajno je iz kakršnihkoli DNK shramb informacije treba prebirati s klasičnim sekvenciranjem, kar je še vedno razmeroma drago in zamudno početje. Ameriški raziskovalci so se zadeve lotili tako, da so molekulam DNK dodali samosvoje flouroescentne označevalce. To so napravili za vsak vnos števil od 1 do 900, ki so jih zapisali z desetimi biti. Sledila je hibridizacija - samodejno sestavljanje dvojne verige DNK iz enojne - ki je predstavljala procesiranje, saj so postopek zasnovali tako, da je končna molekula kot rezultat dala kvadratni koren števila. Na "izhodu" so lahko informacijo hitro prebrali iz fluorescentne svetlobe. To obeta, da bo moč oblikovati hitro berljive oblike logičnih vrat za razne pomembne operacije, saj spričo počasnosti kemičnih reakcij ne moremo pričakovati, da bodo DNK vezja zgrajena podobno kot klasična.