Tietokone, joka toimii ilman sähköä – vedellä

Kuvittele hetki: tietokone, jota ei tarvitse kytkeä seinään. Ei latausjohtoa, ei akkua, ei sähkölaskua. Entä jos sanoisin, että sellainen laite on jo olemassa – ja se on tehty samasta aineesta kuin sinäkin?

Kyllä, luit oikein. Irlannin Maynooth-yliopistossa tutkijat ovat rakentaneet toimivan tietokoneen DNA:sta. Ja se on yhtä kaukana MacBookistasi kuin mahdollista.

Miten DNA-tietokone oikein toimii?

Tiedän mitä ajattelet: "DNA on geeniperimää varten, eikö? Miten sillä surffaa netissä?"

Hyvä kysymys. Perinteiset tietokoneet käyttävät piikomponentteja ja transistoreita – pieniä katkaisijoita, jotka menevät päälle ja pois kytkentöjä laskiessaan. DNA-tietokoneet toimivat täysin eri tavalla. Sähkön sijaan ne hyödyntävät kemiaa. Pii ei ole materiaalina, vaan sama molekyyli, joka sisältää ohjeet elävän organismin rakentamiseen.

Tämän koneen resepti on yllättävän yksinkertainen: vettä, suolaa, lyhyitä DNA-ketjuja ja pidempi kantaja, joka pitää rakennelman kasassa. Kun nämä ainekset sekoittuvat vesipisaraan, triljoonat DNA-ketjut alkavat vuorovaikuttaa keskenään. Ne sitoutuvat toisiinsa, taittuvat ja järjestyvät – ja tässä tulee se mielenkiintoinen osuus: syntynyt muoto on käytännössä vastaus laskelmaan, jonka suoritat.

Ei sähköä. Ei tuulettimien hurinaa. Vain molekyylejä tekemässä omaa työtään.

"Energisesti edullisten" tilojen taika

Mikä tekee tästä järjestelmästä erityisen nokkelan? Se, miten laskenta toimii. DNA-tietokone nojaa fysiikan perusperiaatteeseen: kaikki luonnostaan hakeutuu matalimman energian tilaan. Ajattele vaikka palloa, joka vierii rinnettä alas – se löytää aina matalimman kohdan ilman, että kukaan sitä työntää.

Sama pätee DNA-ketjuihin. Ne ovat vuorovaikutuksessa kantajan kanssa ja asettuvat lopulta siihen muodostelmaan, joka vaatii vähiten energiaa – eli mahdollisimman vähän "väärinpareja" ketjujen välillä. Tämä lopullinen, vakaa järjestely edustaa matemaattisen ongelmasi ratkaisua.

"Ytimen viehätysvoima on siinä, ettei järjestelmä tarvitse jatkuvaa energiansyöttöä vastauksen löytämiseksi", tutkijaryhmä kuvaili. "Vastaus löytää itsensä."

Hidas, mutta se on okay

Ennen kuin alat unelmoimaan DNA-tekniikkaan perustuvasta kannettavasta, on syytä mainita, että tämä vehje on hidas meidän mittapuullamme. Yksinkertaiset yhtälöt voivat viedä kymmeniä sekunteja. Monimutkaiset ongelmat? Useita tunteja. Auts.

Tutkijat testasivat keksintöään 700 eri laskennassa – yksinkertaisesta kertolaskusta monimutkaisempiin logiikkaoperaatioihin – ja saavuttivat noin 95 prosentin tarkkuuden. Ei hassummin tietokoneelle, joka on käytännössä tehty syljestä.

Mutta tässä juttu: raaka nopeus ei oikeastaan ole pointti. Yksittäiset DNA-reaktiot ovat hitaita, kyllä. Mutta sitten tapahtuu jotain mielenkiintoista...

Rinnakkaislaskennan unelma

Vaikka yksi DNA-ketju saattaisi käyttää aikaa ongelman ratkaisemiseen, kauneus piilee siinä, että triljoonat ketjut voivat työskennellä samanaikaisesti. Tämä ei ole kirjoitusvirhe. Yhdessä vesipisqrassa on miljardeja tai jopa triljoonia DNA-molekyylejä, jotka reagoivat kaikki yhtä aikaa.

Tätä tietojenkäsittelytieteilijät kutsuvat "rinnakkaislaskennaksi", ja siinä DNA-tietokoneet loistavat. Perinteiset tietokoneet käsittelevät tehtäviä yksi kerrallaan (tai pienissä erissä). DNA-tietokoneet pystyvät käsittelemään valtavia määriä laskelmia rinnakkain – mikä tarkoittaa, että tietyissä ongelmissa ne voisivat teoriassa jättää tehokkaimmat supertietokoneemme varjoonsa.

Shanghain Jiao Tong -yliopiston tuore tutkimus osoitti, että DNA-piirit pystyvät tukemaan yli sataa miljardia uniikkia konfiguraatiota. Anna tuon luvun upota hetkeksi.

Tallennuskapasiteetti on älytön

Jos nopeus ei vielä häikäissyt, entäpä tallennus? Valmistaudu hämmästymään:

Yksi kuutiosenttimetri DNA:ta voisi teoriassa tallentaa biljoonan CD:n edestä dataa.

Biljoona. CD:tä.

Puhumme tiheoksista, jotka saavat nykyiset kovalevyt näyttämään luolamaalauksilta.

Mitä tämä oikeasti tarkoittaa

En ehdotta, että ChatGPT:tä alkaisi pyörittämään koeputkessa lähiaikoina. DNA-tietokoneet eivät korvaa puhelinta tai kannettavaa. Eivät ne ole hyödyllisiä sähköpostin lukemiseen tai pelien pelaamiseen.

Mutta tässä on jotain aidosti jännittävää: tämä tutkimus todistaa jotain syvällistä. Samat molekyylit, jotka evoluutio valitsi elämän rakennusohjeiden säilyttämiseen, sisältävät myös luontaisen kyvyn käsitellä tietoa. Emme käytä DNA:ta vain hienona tallennusvälineenä – olemme löytämässä, että luonto on jo rakentanut laskennan biologian ytimeen.

Kuten eräs tutkija asian muotoili: "Tämä on perustutkimusta parhaimmillaan. Emme tiedä, minne tulevaisuus meitä vie."

Ja rehellisesti? Tämä epävarmuus on osa sitä, miksi tämä on niin kiehtovaa. Elämme aikakautta, jolloin elämän peruspalikat opettavat meitä ajattelemaan teknologiaa täysin uusilla tavoilla. Olipa kyse sitten laskennasta, datan tallennuksesta tai jostain, mitä emme ole vielä kuvitelleet – DNA saattaa olla odottamattomin teknologinen vallankumous vuosikymmeniin.

Joten kun joku seuraavan kerran kehottaa juomaan enemmän vettä? Voit kertoa heille, että pidät tulevaisuuden tietokonetta kosteana.

Lähde: Popular Mechanics