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科学家研发出DNA计算机:未来程序员拿试管写代码?

近日,加州理工学院的科学家研发出可广泛编程的DNA计算机,其有望完成多重计算任务,相关成果刊登在《自然》杂志上。
科学家研发出DNA计算机:未来程序员拿试管写代码?
(图片: pixabay)

未来程序员拿试管“写”代码?

如今,无论在生活还是在工作中,我们都离不开计算机的帮忙。然而,随着大数据时代的到来,目前电子计算的并行运算速度和存储能力面临发展瓶颈,科学家开始寻找新的计算媒介。

近日,加州理工学院的科学家研发出可广泛编程的DNA计算机,其有望完成多重计算任务,相关成果刊登在《自然》杂志上。

那么,DNA计算机的原理是什么?与传统的电子计算机相比它有哪些优势?记者带着这些问题,采访了相关专家。

电子芯片发展遭遇物理极限

在介绍“大神”DNA计算机前,我们要先讲讲它的“前辈”——电子计算机。

别看电子计算机能为我们解决很多难题,但对于一些难度较大的数学问题,它也束手无策。例如,哈密尔敦路径问题,即假定存在多座城市,计算机要规划出一条经每座城市且不重复的最短路线。当城市数量少时,电子计算机或许能在短时间内给出答案,但当城市数量多至100个时,电子计算机就会“忙不过来”,要找出这条路线或许需要数百年。

在生活中,我们或许很少会遇到这类“烧脑”难题,但在大数据时代,由于数据存储量的激增,大体量计算任务也会随之增多。

“如今,传统电子计算机的算力逐渐接近‘天花板’,未来可能无法满足巨大的计算需求。” 厦门大学信息科学与技术学院教授刘向荣介绍道,为了提高计算机的运算速度,其内部电路的集成度会越来越高,芯片上的晶体管也会愈发密集。目前管道之间的距离约为10纳米,该距离一旦小于1纳米,就会出现问题。比如,电子在运动过程中将穿过晶体管壁,“乱成一锅粥”,无法再形成稳定有序的电路,致使计算无法正常进行。

“按照摩尔定律的说法,集成电路上可容纳的元器件的数目每隔约18到24个月便会增加一倍。”刘向荣说。

不过随着芯片技术的不断发展,摩尔定律也逐渐遇到了物理法则的限制。目前,晶体管的体积已达到纳米级别,继续缩小的可能性正在变小,摩尔定律所预言的发展轨迹似乎已再难延续。

于是,部分科学家开始寻找能力更强大的、可突破目前电子计算机瓶颈的下一代计算机。

利用生化反应在液体里进行计算

科学家将目光投向了生物领域,在那里寻找“后补选手”。

1994年,图灵奖获得者、美国科学家阿德拉曼提出基于生物化学反应机理的DNA计算模型,推开了DNA计算的大门。

科技日报