用DNA分子实现通用计算机

朱崇恺

DNA计算系统的艺术表示

近日，加州理工学院计算机科学、计算和神经系统以及生物工程学教授埃里克·温弗瑞（Erik Winfree）领导的团队在《自然》杂志上展示了如何使用DNA实现通用计算。这种系统类似于计算机，但它并不使用晶体管和二极管，而是使用分子来计算。计算输入和输出的数据可以是六位的二进制数，例如011001。所展示的算法之一是确定输入数据中1的个数是奇数还是偶数（对应上面的例子就是奇数）;第二个算法可以判断输入的是否是回文（例如101101就是一种回文，从左向右读和从右向左读都一样）;还有一个算法可以产生随机数。

爱尔兰都柏林梅努斯大学计算机科学系教授达米恩·伍兹（Damien Woods）表示：“能够在不改变硬件的情况下运行任何类型的软件程序，这点使得计算机变得非常有用。而现在我们使用分子实现了这一想法，其实质是在化学反应中嵌入算法来控制化学过程。特别设计的DNA链黏在一起构建出逻辑电路，这也是执行算法的基础。”

虽然DNA计算机有可能执行比《自然》杂志中描述的更复杂的计算，但温弗瑞警告说，人们不应指望就此更换标准的硅芯片计算机，这不是本研究的重点。“这些只是基本的計算，但它们可以教会我们像自组装这样的简单分子过程是如何编码信息和执行算法的。而生物学已经证明了，化学本质上是以信息为基础的，可以存储信息，在分子水平上指导算法行为。”