Nature：世界上首个DNA计算机

梅努斯大学 (MU) 的研究人员开发出一种史无前例的 DNA 计算机，被誉为迄今为止报道过的最复杂、速度最快的分子计算机之一。

　　

这项发表在顶级期刊《自然》上的突破性成果展示了一种由DNA链构成的分子计算机，它可以执行乘法、除法和加法运算。与运行在硅芯片上的传统计算机不同，该系统是由浸泡在水中的相互作用的DNA链组成，无需持续供电，只需少量热量即可启动计算。

这项研究为长期数据存储、节能计算以及未来可在细胞内运行的分子系统（用于疾病检测等应用）指明了新的可能性。

梅努斯大学汉密尔顿研究所的达米安·伍兹教授表示，这项研究为计算开辟了新的方向：“硅基计算机消耗大量能源——爱尔兰23%的电力都用于计算和数据存储。我们一直以来都只看到一种类型的计算机，但其实我们周围还有其他例子，包括我们的大脑。”

密苏里大学汉密尔顿研究所的助理教授兼计算机科学家阿比尔·埃什拉博士主持了许多实验，他说：“一小滴液体中含有数十亿，有时甚至是数万亿条DNA链。这些链相互作用，最终产生结果。”

密苏里大学在DNA计算领域的领先地位得益于伍兹教授领导的欧洲创新理事会400万欧元的资助。DISCO项目（基于DNA的存储和计算基础设施）旨在利用DNA技术开发新的数据计算和存储方法。

研究团队在试管中加入少量水和盐，以及短的DNA片段和较长的DNA支架，从而制造出DNA计算机。他们将混合物加热后再冷却，使DNA能够进行计算。“分子相互作用，形成某种结构，而这种结构就是答案，”伍兹教授说。“一项关键创新在于，该系统无需持续的能量输入就能自然地找到答案，”他补充道。

研究人员运行了十个程序，其中包括 100 位计算。其中一项实验计算了 1100 万到 3400 万之间的数字之和，耗时长达 14 小时才得出结果，而 10 加 3 的计算仅需 30 秒。

梅努斯大学的DNA计算机被证明具有稳健性和可重复使用性，能够连续执行多达25种不同的计算。“在试管中反应速度很快，但不如硅基计算机快，而且我们的目标也不是如此。但与其他DNA计算机相比，我们的计算机速度最快，”埃什拉博士说道。他是这篇发表在《自然》杂志上的研究论文的共同第一作者，另一位共同第一作者是特里斯坦·斯特林博士。该论文的共同作者还包括高级研究员康斯坦丁·埃文斯博士和本科生研究员珍妮特·阿迪奥。

伍兹教授补充说，这项研究是探索替代计算形式的更广泛努力的一部分：“这是前沿科学。我们不知道未来会走向何方。”