用DNA分子實現(xiàn)通用計算機(jī)

朱崇愷

DNA計算系統(tǒng)的藝術(shù)表示

近日，加州理工學(xué)院計算機(jī)科學(xué)、計算和神經(jīng)系統(tǒng)以及生物工程學(xué)教授埃里克·溫弗瑞（Erik Winfree）領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊在《自然》雜志上展示了如何使用DNA實現(xiàn)通用計算。這種系統(tǒng)類似于計算機(jī)，但它并不使用晶體管和二極管，而是使用分子來計算。計算輸入和輸出的數(shù)據(jù)可以是六位的二進(jìn)制數(shù)，例如011001。所展示的算法之一是確定輸入數(shù)據(jù)中1的個數(shù)是奇數(shù)還是偶數(shù)（對應(yīng)上面的例子就是奇數(shù)）;第二個算法可以判斷輸入的是否是回文（例如101101就是一種回文，從左向右讀和從右向左讀都一樣）;還有一個算法可以產(chǎn)生隨機(jī)數(shù)。

愛爾蘭都柏林梅努斯大學(xué)計算機(jī)科學(xué)系教授達(dá)米恩·伍茲（Damien Woods）表示：“能夠在不改變硬件的情況下運(yùn)行任何類型的軟件程序，這點使得計算機(jī)變得非常有用。而現(xiàn)在我們使用分子實現(xiàn)了這一想法，其實質(zhì)是在化學(xué)反應(yīng)中嵌入算法來控制化學(xué)過程。特別設(shè)計的DNA鏈黏在一起構(gòu)建出邏輯電路，這也是執(zhí)行算法的基礎(chǔ)?！?/p>

雖然DNA計算機(jī)有可能執(zhí)行比《自然》雜志中描述的更復(fù)雜的計算，但溫弗瑞警告說，人們不應(yīng)指望就此更換標(biāo)準(zhǔn)的硅芯片計算機(jī)，這不是本研究的重點。“這些只是基本的計算，但它們可以教會我們像自組裝這樣的簡單分子過程是如何編碼信息和執(zhí)行算法的。而生物學(xué)已經(jīng)證明了，化學(xué)本質(zhì)上是以信息為基礎(chǔ)的，可以存儲信息，在分子水平上指導(dǎo)算法行為?！?/p>