用DNA分子實現通用計算機

朱崇愷

DNA計算系統的藝術表示

近日，加州理工學院計算機科學、計算和神經系統以及生物工程學教授埃里克·溫弗瑞（Erik Winfree）領導的團隊在《自然》雜志上展示了如何使用DNA實現通用計算。這種系統類似于計算機，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據可以是六位的二進制數，例如011001。所展示的算法之一是確定輸入數據中1的個數是奇數還是偶數（對應上面的例子就是奇數）;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生隨機數。

愛爾蘭都柏林梅努斯大學計算機科學系教授達米恩·伍茲（Damien Woods）表示：“能夠在不改變硬件的情況下運行任何類型的軟件程序，這點使得計算機變得非常有用。而現在我們使用分子實現了這一想法，其實質是在化學反應中嵌入算法來控制化學過程。特別設計的DNA鏈黏在一起構建出邏輯電路，這也是執行算法的基礎。”

雖然DNA計算機有可能執行比《自然》雜志中描述的更復雜的計算，但溫弗瑞警告說，人們不應指望就此更換標準的硅芯片計算機，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行算法的。而生物學已經證明了，化學本質上是以信息為基礎的，可以存儲信息，在分子水平上指導算法行為。”