【CNMO科技消息】科学家们日前开发出一款利用一滴水中数十亿DNA分子进行运算的DNA计算机，相关研究成果已发表于国际学术期刊《自然》。
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研究团队将此次开发的系统命名为"支架DNA计算机"。与电子计算机或生物计算机在运算过程中持续消耗能量不同，这款系统利用热力学原理设计，能够将运算过程中的能量消耗降至最低。
该系统由长链DNA骨架和与之结合的短链DNA片段组成。将这些片段放入少量盐溶液中加热再冷却后，它们会按照预先设计的规则自动形成结构。每个DNA片段就像微小的分子拼图碎片，其与哪些片段结合、结合在骨架的哪个位置，均由DNA碱基序列决定。研究团队通过设计这些结合规则对系统进行"编程"，从而执行预期的运算。
研究团队介绍，每个程序由特定DNA片段组合构成，执行不同运算或应用新输入时，只需取出并混合不同的DNA片段即可。虽然运算在微观分子层面进行，但参与的分子数量极为庞大。研究团队成员、爱尔兰梅努斯大学计算机科学助理教授阿比尔·埃斯赫拉指出，一滴小小的液滴中就含有数十亿至数万亿条DNA片段，它们同时相互作用并产生结果。
研究团队利用支架DNA计算机成功执行了加法、三倍运算、除以二以及8位奇偶校验等多种运算，在实验过程中共完成700多次成功测试。简单运算在一分钟内即可完成，考虑到实际化学反应用时通常超过一分钟，这一速度已相当可观。不过随着运算规模扩大，耗时也会增加，处理约1100万至3400万之间复杂数值的运算最长需耗时14小时。
研究团队表示，这证明了支架DNA计算机具备可编程和可重复使用的特性，虽然比硅基计算机慢，但与现有的其他DNA计算机相比速度更快。该系统还支持重复使用，传统分子计算机往往仅限于一次性实验，而支架DNA计算机的同一组分子最多可重复使用24次。更值得注意的是，在首次实验一年半后部分干燥的状态下，重新加水后仍能正常工作。
埃斯赫拉教授强调，分子计算机不会完全取代现有电子计算机，但在生物环境中的运算、智能材料、DNA数据存储等领域具有应用潜力，尤其系统内置的数据自我纠错功能，为DNA数据存储提供了新的可能。