agsandrew/Shutterstock.com Wissenschaftler sagen, dass es möglich ist, einen neuen Typ eines sich selbst replizierenden Computers zu bauen, der Siliziumchips durch Prozessoren aus DNA-Molekülen ersetzt, und dass er schneller wäre als jede andere jemals vorgeschlagene Computerform – sogar Quantencomputer .
Genannt nichtdeterministische universelle Turingmaschine (NUTM) wird vorausgesagt, dass die Technologie alle möglichen Algorithmen auf einmal ausführen könnte, indem sie sich die Fähigkeit der DNA zunutze macht, über Milliarden von Jahren nahezu perfekte Kopien ihrer selbst zu replizieren.
Die Grundidee ist, dass unsere aktuellen elektronischen Computer auf einer endlichen Anzahl von Siliziumchips basieren, und das sind wir auch wir nähern uns schnell der Grenze für wie viele wir tatsächlich in unsere Maschinen passen.
Um dieser Einschränkung zu begegnen, arbeiten Forscher derzeit an der Herstellung Quantencomputer Realität – superstarke Geräte, die die Bits elektronischer Computer durch quantenverschränkte Teilchen, sogenannte Qubits, ersetzen.
Im Gegensatz zu regulären Bits, die im Binärcode nur die Form 1 oder 0 annehmen können, können Qubits gleichzeitig die Form 0, 1 oder eine Überlagerung beider annehmen, wodurch sie viele verschiedene Berechnungen gleichzeitig durchführen können.
Natürlich würde dies zu einer enormen Geschwindigkeitssteigerung führen, aber Quantencomputer Sind Es ist unglaublich schwierig, es richtig zu machen , weil es so kompliziert ist, die genauen Bedingungen für nicht ein einziges quantenverschränktes Teilchen zu schaffen, aber eine ganze Menge davon.
Trotz konzertierter Bemühungen weltweit Niemand hat es geschafft, ein voll funktionsfähiges Gerät zu bauen so viel wie ein Computer .
Aber die geheime dritte Option hier ist eine DNA-basierte Maschine, die alle Vorteile eines Quantencomputers nutzt, ohne die Kopfschmerzen der Quantenverrücktheit, weil sie darauf basiert, dass DNA das tut, was DNA am besten kann – Replikation.
„DNA ist ein hervorragendes Medium zur Informationsverarbeitung und -speicherung“, erklärt das Team der University of Manchester im Vereinigten Königreich .
„Es ist sehr stabil, wie die Sequenzierung antiker DNA zeigt.“ „Es kann auch zuverlässig kopiert werden, und viele Gene sind über Milliarden von Jahren nahezu unverändert geblieben.“
Um Ihnen eine Vorstellung davon zu geben, welchen Unterschied ein solches Gerät in der Welt bewirken könnte, stellen Sie sich vor, Sie haben ein Computerprogramm, das ein Labyrinth durchsucht und an eine Weggabelung gelangt.
Ein normaler elektronischer Computer müsste entscheiden, welchen Weg er einschlagen möchte, aber ein DNA-basierter Computer müsste sich nicht entscheiden – er könnte sich selbst replizieren und beiden Wegen gleichzeitig folgen.
Wenn beide Wege abgedeckt wären, würde das Programm viel schneller herausfinden, welcher Weg zum Ende des Labyrinths führt, als ein elektronischer Computer, der jeweils nur einen Weg testen könnte.
„Die Fähigkeit unseres Computers, mit der Rechenleistung zu wachsen, macht ihn schneller als jede andere Art von Computer und ermöglicht die Lösung vieler Rechenprobleme, die zuvor als unmöglich galten.“ sagt einer aus dem Team, Ross D. King .
„Quantencomputer sind eine spannende andere Form von Computern, und sie können auch in einem Labyrinth beiden Pfaden folgen, allerdings nur, wenn das Labyrinth bestimmte Symmetrien aufweist, was ihren Einsatz stark einschränkt.“
Und nicht nur das: Stellen Sie sich vor, Sie wären nicht länger an die physikalischen Grenzen der Verwendung von Siliziumchips gebunden, die derzeit verdammt klein sind, aber bei weitem nicht die Größe eines einzelnen DNA-Moleküls haben.
„Da DNA-Moleküle sehr klein sind, könnte ein Desktop-Computer möglicherweise mehr Prozessoren nutzen als alle elektronischen Computer der Welt zusammen – und damit den derzeit schnellsten Supercomputer der Welt übertreffen, während er nur einen winzigen Bruchteil seiner Energie verbraucht.“ sagt König .
Während DNA-basierte Computer vorgeschlagen wurden seit den 1990er Jahren Laut King und seinem Team ist dies das erste Mal, dass die Machbarkeit einer DNA-basierten nichtdeterministischen universellen Turing-Maschine (NUTM) nachgewiesen wurde.
„Wir zeigen, dass dieses Design sowohl mit Computermodellen als auch mit molekularbiologischen In-vitro-Experimenten funktioniert.“ Das Team berichtet .
„Das aktuelle Design weist Einschränkungen auf, beispielsweise eine eingeschränkte Fehlerkorrektur. Es eröffnet jedoch die Aussicht, NUTM-basierte Computer zu entwickeln, die in der Lage sind, alle Standardcomputer bei wichtigen praktischen Problemen zu übertreffen.“
Die Forscher schlagen vor, DNA-Moleküle zur Darstellung von Informationen zu verwenden, die auf dem genetischen Alphabet mit vier Zeichen basieren – A [Adenin], G [Guanin], C [Cytosin] und T [Thymin] – und nicht auf dem binären Alphabet aus Einsen und Nullen.
Sie sagen, dass normale Computer – die als universelle Turing-Maschinen (UTM) klassifiziert werden – mithilfe einer Programmiersprache namens „ Mieten .
Die Programmiersprache Thue wurde Anfang 2000 vom Softwareentwickler John Colagioia erfunden und kann Zeichenfolgen aus Buchstabensymbolen in unterschiedlicher Reihenfolge umschreiben, um völlig separate Zeichenfolgen für eine sich selbst replizierende Form der Datenverarbeitung zu erstellen.
„Die Anwendung einer Thue-Regel auf eine Zeichenfolge erzeugt daher eine neue Zeichenfolge – äquivalent zu einer Zustandsänderung in einer UTM.“ erklären die Forscher .
Da mehrere Thue-Regeln auf eine einzelne Zeichenfolge angewendet werden können und einzelne Thue-Regeln auf mehrere Positionen in einer Zeichenfolge angewendet werden können, sind die Berechnungsmöglichkeiten nahezu unbegrenzt.
Das Team hat auch gezeigt, dass die DNA physikalisch stark genug ist, um in diesem Aufbau als Prozessor zu fungieren – etwas, das Auch frühere Experimente haben gezeigt - und sagen, dass es nun an jemandem liegt, dieses Ding tatsächlich zu bauen.
Das wird wahrscheinlich noch viele Jahre dauern, aber wenn die Forscher mit ihren Annahmen richtig liegen, haben wir gerade einen Fahrplan für das krankste, seltsamste und einschüchterndste Computersystem aller Zeiten erhalten.
Ich hoffe, wir sind bereit dafür.
Die Forschung wurde im veröffentlicht Zeitschrift der Royal Society Interface , und Sie können es kostenlos lesen auf arXiv.org .