Ученые из Университета штата Северная Каролина и Университета Джонса Хопкинса (США) сделали значительный шаг вперед в развитии ДНК-компьютеров, представив систему, способную одновременно хранить данные и выполнять вычисления. Их исследование, опубликованное в журнале Nature Nanotechnology, показало, что новый ДНК-компьютер может справляться с такими задачами, как решение логических головоломок, включая упрощенные версии игры судоку и шахмат.
Что такое ДНК-компьютер?
В отличие от привычных кремниевых компьютеров, ДНК-компьютеры используют биомолекулы, такие как ДНК, для проведения вычислений. Вместо традиционной двоичной системы с нулями и единицами, ДНК-компьютеры используют четыре химических базы ДНК: аденин, тимин, гуанин и цитозин. Это позволяет ДНК-компьютерам работать с гораздо более сложными и объемными задачами.
Ранее ДНК-компьютеры могли либо выполнять вычисления, либо сохранять информацию, но не обе функции одновременно. Однако новое исследование продемонстрировало систему, которая может делать и то, и другое. Это стало возможным благодаря использованию особой структуры под названием "мягкие дендритные коллоиды" (Soft Dendritic Colloids или SDC).
Новая технология: что она из себя представляет?
Мягкие дендритные коллоиды (SDC) — это уникальная полимерная структура, изготовленная из целлюлозного ацетата. Эта структура имеет разветвленное строение, на которое прикрепляются молекулы ДНК, что позволяет стабильно хранить данные и считывать их без разрушения исходного материала.
Благодаря высокой площади поверхности и большой емкости SDC могут хранить огромное количество информации — до 10 000 ТБ на кубический сантиметр. В одном из экспериментов исследователи успешно закодировали три изображения в ДНК, а затем смогли выборочно удалить и прочитать их, не нарушив целостность данных.
Долговечность и вычислительная мощность
Одним из ключевых аспектов нового ДНК-компьютера является его долговечность. Ученые провели испытания и пришли к выводу, что данные могут храниться в течение 6000 лет при температуре 4°C, а при замораживании до -18°C — до 2 миллионов лет.
Что касается вычислительной мощности, ученые продемонстрировали возможности ДНК-компьютера, решив упрощенные задачи, такие как игра судоку в формате 3x3 и шахматные головоломки. Это показало, что система может выполнять логические операции, что открывает перспективы для применения ДНК-компьютеров в более сложных вычислительных задачах.
Будущее ДНК-компьютеров
Новая система ДНК-компьютера имеет большой потенциал для применения в различных областях, включая биоинформатику и хранение данных. Уникальная способность этого компьютера одновременно хранить огромные объемы информации и выполнять сложные вычисления делает его важным шагом вперед в развитии технологий будущего.