Twój następny komputer może nie potrzebować prądu — wystarczy mu woda

Zamknij na chwilę oczy i wyobraź sobie: komputer, który nie wymaga gniazdka. Żadnego ładowania, żadnych baterii, żadnego rachunku za prąd. Co byś powiedział, gdybym ci teraz wyjawił, że taki komputer już istnieje — i jest zbudowany z dokładnie tej samej substancji, z której zbudowany jesteś ty?

Dokładnie. Naukowcy z Maynooth University w Irlandii skonstruowali działający komputer z DNA. I nie, to nie jest żart ani scenariusz z filmu sci-fi.

Jak w ogóle działa komputer DNA?

Wiem, co pewnie teraz myślisz. „DNA służy do genetyki. Jak na tym uruchomić YouTube?"

To uczciwe pytanie. W klasycznych pecetach pracują krzemowe układy scalone i tranzystory — malutkie przełączniki, które włączają się i wyłączają, żeby przetwarzać dane. Komputery DNA idą w zupełnie innym kierunku. Zamiast prądu wykorzystują chemię. Zamiast krzemu — cząsteczkę, która przechowuje instrukcje budowy każdego żywego organizmu.

Receptura tego konkretnego urządzenia jest zaskakująco prosta: woda, sól, krótkie nici DNA i dłuższy szkielet DNA trzymający wszystko w kupie. Kiedy wymieszasz te składniki w jednej kropli wody, biliony nici DNA zaczynają ze sobą oddziaływać. Łączą się, składają, organizują — i tu zaczyna się magia — finalny kształt, jaki przyjmują, jest odpowiedzią na zadane zagadnienie matematyczne.

Zero prądu. Zero wentylatorów. Po prostu cząsteczki robią swoje.

Magia „stanu energetycznie korzystnego"

To, co sprawia, że ten system jest naprawdę sprytny, to sposób wykonywania obliczeń. Komputer DNA korzysta z podstawowej zasady fizyki: wszystko naturalnie dąży do osiągnięcia najniższego stanu energetycznego. Wyobraź sobie piłkę staczającą się ze wzgórza — zawsze znajdzie najniższy punkt sama, bez niczyjej pomocy.

Tak samo działają nici DNA. Reagują ze szkieletem i ostatecznie układają się w konfigurację wymagającą najmniej energii — czyli najmniej „niedopasowań" między niciami. Ta ostateczna, stabilna struktura reprezentuje rozwiązanie twojego problemu matematycznego.

„To jeden z najelegantszych aspektów całego systemu" — tłumaczą badacze. „Nie potrzebuje ciągłego dopływu energii, żeby znaleźć odpowiedź. Odpowiedź znajduje się sama."

Nie jest demonem prędkości (i to w sumie ok)

Zanim zaczniesz marzyć o laptopie na DNA, muszę cię uczciwie uprzedzić: to coś jest wolne jak na nasze standardy. Proste równania mogą zajmować kilkadziesiąt sekund. Skomplikowane problemy? Kilka godzin. O rany.

Naukowcy przetestowali swoje dzieło na 700 różnych obliczeniach — od podstawowego mnożenia po bardziej złożone operacje logiczne — i osiągnęli dokładność rzędu 95 procent. Nieźle jak na komputer zbudowany w zasadzie ze śliny.

Ale serio — brutalna prędkość nie jest tutaj najważniejsza. Pojedyncze reakcje DNA są powolne, okej. Jednak jest coś, co zmienia całą grę...

Sen o przetwarzaniu równoległym

Okej, jeden łańcuch DNA może sobie spokojnie rozwiązywać problem. Ale tutaj pojawia się ta piękna część: biliony takich łańcuchów mogą pracować jednocześnie. Nie, nie przekręciłem. W jednej kropli wody masz dostęp do miliardów, a nawet bilionów cząsteczek DNA reagujących naraz.

To właśnie informatycy nazywają „przetwarzaniem równoległym" — i w tej dziedzinie komputery DNA są absolutnie nie do pokonania. Tradycyjne komputery przerabiają zadania jedno po drugim (lub w małych grupkach). Komputery DNA mogą jednocześnie mierzyć się z ogromną liczbą obliczeń — co oznacza, że przy niektórych problemach mogłyby teoretycznie zostawić w tyle nawet najpotężniejsze superkomputery.

Badanie z Shanghai Jiao Tong University wykazało, że obwody DNA mogą obsługiwać ponad 100 miliardów unikalnych konfiguracji. Pozwól tej liczbie chwilę do siebie dotrzeć.

Możliwości przechowywania danych są szalone

A jeśli prędkość cię nie powaliła, to co powiesz na pojemność? Przygotuj się:

Jeden centymetr sześcienny DNA może teoretycznie pomieścić tyle danych, ile zmieści się na bilionie płyt CD.

Bilionie. Płyt.

Mówimy o gęstości zapisu danych, przy której nasze najlepsze dyski twarde wyglądają jak jaskinia neandertalczyków.

Co to właściwie oznacza?

Jasne, nie sugeruję, że za chwilę będziesz uruchamiać ChatGPT w probówce. Komputery DNA nie zastąpią twojego smartfona ani laptopa. Nie będą nigdy dobre do pisania maili czy grania w gry.

Ale właśnie to znajduję szalenie ekscytujące: te badania coś udowadniają. Te same cząsteczki, które ewolucja wybrała do przechowywania instrukcji życia, mają również wrodzoną zdolność przetwarzania informacji. Nie używamy DNA jako wymyślnego nośnika danych — odkrywamy, że natura już dawno wbudowała obliczenia w samą strukturę biologii.

Jak ujął to jeden z badaczy: „To jest czysta nauka podstawowa. Nie wiemy, dokąd przyszłość nas zaprowadzi."

I szczerze? Ta niepewność sprawia, że wszystko jest jeszcze bardziej fascynujące. Żyjemy w czasach, kiedy podstawowe cegiełki życia uczą nas kompletnie nowych sposobów myślenia o technologii. Czy to obliczenia, przechowywanie danych, czy coś, czego jeszcze nie wymyśliliśmy — DNA może okazać się najbardziej nieoczekiwaną rewolucją technologiczną od dziesięcioleci.

Więc następnym razem, gdy ktoś ci powie, żebyś więcej pił wodę? Może mu odpowiedz, że po prostu dbasz o nawodnienie swojego przyszłego komputera.

Źródło: Popular Mechanics