DNA计算机将如何工作

DNA计算机在您当地的电子商店还无法找到。该技术仍在开发中，甚至十年前都没有作为一个概念存在。1994年，伦纳德·阿德曼（Leonard Adleman）介绍了使用DNA解决复杂数学问题的想法。Adleman，一名计算机科学家南加州大学，得出的结论是，DNA在阅读了詹姆斯·沃森（James Watson）撰写的《基因分子生物学》一书后具有计算潜力，他在1953年共同发现了DNA的结构。实际上，DNA与计算机非常相似硬盘它如何存储有关您基因的永久信息。

Adleman通常被称为DNA计算机的发明者。他在1994年的《杂志》上的文章科学概述了如何使用DNA解决一个众所周知的数学问题，称为导演汉密尔顿路径问题，也称为“旅行推销员”问题。问题的目的是找到许多城市之间的最短路线，仅穿过每个城市一次。当您为问题添加更多城市时，问题变得更加困难。阿德曼（Adleman）选择找到七个城市之间的最短路线。

您可能可以在纸上提出这个问题，并比使用他的DNA试管计算机更快地提出解决方案。这是Adleman DNA计算机实验中采取的步骤：

Adleman DNA计算机的成功证明了DNA可用于计算复杂的数学问题。但是，这台早期的DNA计算机远非基于硅的具有挑战性的计算机速度。Adleman DNA计算机很快创建了一组可能的答案，但是Adleman花了几天的时间才缩小了可能性。他的DNA计算机的另一个缺点是它需要人类援助。DNA计算领域的目标是创建一个可以独立于人类参与的设备。

Adleman实验三年后，研究人员罗切斯特大学发达逻辑门由DNA制成。逻辑门是您的计算机如何执行您命令它执行的功能的重要组成部分。这些门将通过计算机移动的二进制代码转换为计算机用于执行操作的一系列信号。当前，逻辑门从硅晶体管并将这些信号转换为允许计算机执行复杂功能的输出信号。

罗切斯特团队的DNA逻辑门是创建具有类似于电子结构的计算机的第一步个人电脑。这些DNA逻辑门没有使用电信号执行逻辑操作，而是依赖于DNA代码。他们检测到碎片遗传物质作为输入，将这些片段拼接在一起并形成单个输出。例如，遗传门称为“和门”通过化学绑定来链接两个DNA输入，使它们锁定在端到端结构中，类似于它们之间的第三个乐高积木可能会固定两个乐高积木的方式。研究人员认为，这些逻辑门可能与DNA微芯片结合使用，以在DNA计算中创造突破。

DNA计算机组件 -逻辑门和生物芯片- 将花费数年的时间才能发展成可行的，可行的DNA计算机。如果制造了这样的计算机，科学家说，它将比传统计算机更紧凑，准确和高效。在下一节中，我们将研究DNA计算机如何超越基于硅的前身，以及这些计算机将执行的任务。

硅微处理器已成为计算世界的核心，已有40多年的历史了。那时，制造商将越来越多的电子设备塞入其微处理器上。依据摩尔定律，在微处理器上放置的电子设备的数量每18个月翻了一番。摩尔定律以英特尔创始人戈登·摩尔（Gordon Moore）的名字命名，后者在1965年预测，微处理器每两年的复杂性每两年增加一倍。许多人预测，由于硅微处理器的物理速度和微型化限制，摩尔的定律将很快结束。

DNA计算机有可能将计算机提高到新的水平，从而在摩尔定律丢弃的地方拾取。使用DNA代替硅有几个优点：

DNA的主要优势是，它将使计算机比在它们之前发生的任何计算机都小，同时持有更多数据。一磅DNA的能力比所有构建的电子计算机都能存储更多的信息。使用DNA逻辑门，泪珠大小的DNA计算机的计算能力将比世界上最强大的超级计算机更强大。超过100万亿的DNA分子可以适应不超过1立方厘米（0.06立方英寸）的区域。使用少量的DNA，一台计算机将能够握住10trabytes数据，一次执行10万亿个计算。通过添加更多的DNA，可以进行更多的计算。

与传统计算机不同，DNA计算机执行计算平行线进行其他计算。常规计算机线性运行，一次执行任务。它是平行计算，允许DNA在小时内解决复杂的数学问题，而可能需要数百年的电计算机来完成它们。

第一台DNA计算机不太可能具有文字处理，电子邮件和纸牌计划。相反，国家政府将使用其强大的计算能力来破解秘密密码，或者航空公司想要绘制更有效的路线。研究DNA计算机也可能使我们更好地了解一台更复杂的计算机 -人脑。