Biologické počítače založené na DNA a dalších strukturách, ze kterých jsme složení i my sami, jsou samostatnou odnoží, která by v budoucna mohla v některých oblastech konkurovat křemíkovým čipům nebo kvantovým počítačům.
Jak se totiž ukazuje, biologické struktury lze velmi dobře použít nejen pro ukládání dat, ale také pro výpočetní úlohy, které mohou přinést zcela nové možnosti, než na které jsme u běžných čipů zvyklí.
Využití DNA
Vědci z univerzity Manchesteru (UoM) představili nové teoretické řešení, jak zkonstruovat extrémně výkonný počítač, který bude využívat schopností DNA.
Hlavní předností, kterou systém využívá, je schopnost DNA se kopírovat, respektive rozdělovat. Díky tomu může systém jako celek neustále růst. Oproti současným počítačům tento systém používá rovněž jiný typ výpočetní soustavy – místo jedniček a nul se používají čtyři sloučeniny tvořící DNA – Adenine (A), Guanine (G), Cytosine (C) a Thymine (T). Veškeré informace a logika je tak zakódována právě pomocí těchto čtyř sloučenin.
Výsledný čip by tak byl složen z DNA, ale oproti čipům z křemíku, které mají pevně danou strukturu, rozměry a vlastnosti, by se mohl čip nejen měnit, ale rozvíjet a růst. Pochopitelně pokud by měl k dispozici všechny potřebné látky a podmínky vhodné k růstu, respektive kopírování DNA.
V čem by ale takový čip byl výjimečný a lepší, než klasické procesory?
Nedeterministický Univerzální Turingův Stroj
Současné počítače a jejich čipy jsou klasickými Univerzálními Turingovými Stroji, které nejsou vhodné pro řešení komplexních nedeterministických problémů v polynomiálním čase. Typickým příkladem je třeba problém obchodního cestujícího,
Výpočetní komplexita dle problému a času (Zdroj: UoM)
S větvením procházení jednotlivých cest si musí počítač vybrat, kterou cestu zkusí místo jiné, protože má vždy nějaké omezení z pohledu výkonu, paměti nebo času, které nemůže překonat. Řešení těchto problémů v polynomiálním čase bylo tak vždy hlavně ekonomickou otázkou.
Enkódovací tabulka symbolů a DNA molekul
Vytvoření Nedetermiinstického Univerzálního Turinogva Stroje bylo dříve fyzikálně nemožné. Až doposud. Zmíněný systém založený na DNA se totiž dokáže s každým větvením exponenciálně kopírovat a růst a tím řešit komplexní nedeterministické problémy v polynomiálním čase.
DNA čip s větším výkonem, než všechny počítače na světě
Procházení všech možných kombinací najednou zvládne sice i kvantový počítač, ale jak upozornil Rose D. King, který tým za tímto projektem vede, kvantové počítače potřebují při řešení problémů určitý druh symetrie, což je zatím jejich výrazné omezení.
Vzhledem k tomu, jako jsou molekuly DNA malé (0,33 nm neboli 330 pikometrů), by teoreticky bylo možné vytvořit počítač o běžné velikosti, který by nabízel větší výpočetní výkon, než veškeré počítače a čipy, které se v současnosti nachází na naší planetě. Spotřeba takového počítače by přitom byla extrémně nízká.
Prezentovaná architektura má zatím své limitace – například z pohledu kontroly chyb, ale lze očekávat, že se v oblasti takových biologických počítačů do budoucna dočkáme opravdu revolučních věcí. Díky schopnosti řešení nejnáročnějších problémů budou mít totiž vliv na pokrok v matematice i fyzice, což umožní rychlý vývoj i v dalších segmentech a posunutí znalostí a schopností naší civilizace na další úrovně, které si třeba ještě ani nedokážeme představit.
