MMOnline – Информационный портал о мехмате МГУ

Компьютеру на базе ДНК удалось решить сложную логическую задачу, решить которую человек или обычный компьютер неспособен. Таким образом, отмечен очередной этап в развитии пока еще весьма молодой технологии, которая, как предполагают ученые, со временем может превзойти по многим параметрам "обычные" электронные компьютеры.

Данное исследование проводил при поддержке NASA доктор Леонард Эдлмэн, в 1994 году обнаруживший, что молекулы дезоксирибонуклеиновой кислоты, которая является носителем генетической информации о живых организмах, можно использовать для проведения вычислительных операций. В ноябре прошлого года израильские ученые объявили о том, что им удалось создать из молекул ДНК полноценный компьютер.

Cуть эксперимента состояла тогда в следующем: создается одна цепочка ДНК, которая представляет собой математическую или логическую проблему. После этого генерируются миллиарды других ДНК-соединений, каждое из которых олицетворяет одно возможное решение этой проблемы. В зависимости от того, как ДНК-цепочки соединяются друг с другом, компьютер отсеивает неверные решения. В итоге остается только одна цепочка, представляющая собой единственно верное решение.

У ДНК-компьютеров есть несколько очень важных преимуществ: во-первых, они способны параллельно решать огромное количество задач, во-вторых, у них очень высокий КПД в том, что касается потребления энергии. Кроме того, они могут хранить огромные объемы данных.

Первый эксперимент, который проводил Эдлмэн, состоял в том, что компьютеру предлагалось найти кратчайший маршрут между семью различными городами - классическая "задача коммивояжера". Хотя эту задачу под силу решить и человеку, вооруженному только карандашом и листком бумаги, главная цель того опыта состояла в том, чтобы доказать пригодность молекул ДНК для проведения вычислительных операций.

Вторая задача, которую предложили решить ДНК-компьютеру, была гораздо сложнее: машине было необходимо перебрать миллион возможных вариантов решения - для человека задача почти невыполнимая, да и обычный электронный компьютер, который последовательно будет перебирать все возможные варианты, "задумается" надолго. Ученые, проводившие эксперимент, описали задачу следующим образом: капризный покупатель приходит в огромный автомагазин, где продается сразу миллион машин, и выдвигает 24 условия, которым должна удовлетворять требуемая машина. "Во-первых, - говорит сотрудник Эдлмэна Никлас Челяпов, - допустим, я хочу, чтобы это был либо Кадиллак, либо машина с откидным верхом, либо она была красного цвета. Если это Кадиллак, то у него должно быть четыре сидения и запирающаяся крышка бензобака. Если же у машины откидной верх, то она не должна быть Кадиллаком или у нее должно быть два сидения", и т.д.

ДНК-компьютер обрабатывает все эти запросы параллельно. Время решения таких задач обычным компьютером возрастает экспоненциально (2, 4, 8, 16, 32 и т.д.), а для параллельных компьютеров время возрастает всего лишь линейно - 2, 4, 6, 8...

В принципе, для сложных комбинаторных вычислений, вроде расшифровки закодированной информации, ДНК-компьютеры годятся во много раз лучше, чем обычные компьютеры, проводящие последовательные вычисления. К сожалению, пока ДНК-компьютеры слишком часто совершают ошибки, чтобы в полной мере реализовать этот потенциал. С другой стороны такие компьютеры могут найти применение и в других областях: например, для контроля над химическими и биологическими системами, подобно тому, как электронные компьютеры используются для контроля над электрическими и механическими системами. ДНК-компьютеры, по мнению Эдлмэна, со временем можно будет вживлять в живые клетки, и компьютеры будут выполнять определенные программы, взаимодействующие с естественными биохимическими процессами. "Этими опытами с вычислениями мы показываем, что молекулы биологических соединений можно использовать для совершенно "не-биологических" целей", - заявил Эдлмэн.

Jet Propulsion Lab, NASA