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让电脑回归人脑
发布时间:2024-12-04
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有人这么比喻:DNA存储信息的能力远大于现有的电子计算机存储芯片及其他存储介质,1克DNA所能存储的信息量,据估计可与100万张CD相当。

用硅做成的芯片驱动计算机独领风骚已经超过40年。根据摩尔定律,微处理器上的电子元件数量每18个月会增长1倍。当人造的硅元件无法再微小化的时候,这种计算机就接近了发展的尽头。未来的计算机,包括量子计算机、分子计算机、纳米计算机、光子计算机等,而DNA计算机也是取代硅计算机的可能之一。

化学计算取代数学计算

传统电子计算机以“O”和“1”的组合来承载信息,并以逢2进1的方式进行运算;而在DNA计算机中,信息将以分子代码的形式排列于DNA上,特定的酶可充当“软件”来完成所需的各种信息处理工作。

我们知道,DNA分子是一条双螺旋的长链,上面布满了四种碱基,分别为:腺嘌呤(A)、鸟嘌呤(G)、胞嘧啶(C)和胸腺嘧啶(T)。DNA分子通过这些碱基的不同排列,能够表达出生物体各种细胞拥有的大量信息。数学家、生物学家、化学家以及计算机专家从中得到启迪。他们利用DNA能够编码信息的特点设计了一种全新的计算机,这种计算机的运作方式可以这样来描述:

1.先合成具有特定序列的DNA分子,使它们代表需要求解的问题。

2.经过编码后的DNA链作为问题输入,在试管内经过一定的时间控制和生化反应,通过生物酶的作用(相当于加减乘除运算)完成运算。

3.反应的产物和溶液给出各种解的组合。

4.过滤掉非正确的组合,选出最优解并且和其他解分离。

5.最终得到的编码分子序列就是正确答案。

6.输出问题的答案,或者在我们希望的地方呈现问题答案。

计算不再是一种数学性质的符号变换,而是一种化学性质的符号变换,即不再是加减操作,而是化学性质的切割和粘贴,插入和删除。而且,如何制造输出答案的接口,也是DNA计算机的关键所在。

接近人脑

自从2000年世界上第一台实验性的DNA计算机问世以来,DNA计算机已经从科学幻想走向现实。

2006年,美国科学家研制出用DNA计算机的诊断方法,将可用于快速诊断禽流感和西尼罗病毒。2009年,美国科学家用大肠杆菌研制成细菌计算机,运行速度远快于任何以硅为基础的计算机。2011年9月,美国科学家用生物计算机摧毁癌细胞,这种生物计算机能够进入人体,通过分析,识别出特异癌细胞,从而触发癌细胞的毁灭过程。

也许,未来的DNA计算机成本将会变得很低,因为DNA很容易得到,是廉价的资源。与传统电子计算机相比,DNA计算机有很多优点。

1千克的DNA具有的存储容量比有史以来制造的所有的电子计算机的存储容量还要大。不同于传统的计算机的线性计算,DNA计算机实行的是并行计算。也就是说,传统计算机是一个问题接着一个问题逐个求解,而DNA计算机是多个问题同时求解。DNA计算机的运算速度可以达到每秒10亿次,十几个小时的DNA计算,相当于所有电脑问世以来的总运算量。

最重要的一点是,研究DNA计算机能使我们更好地了解世界上最复杂的“计算机”——人类的大脑。而且,完全可以想象,一旦DNA计算技术全面成熟,那么真正的“人机合—”就会实现。只要有一个接口,DNA计算机就可以通过接口直接接受人脑的指挥,成为人脑的扩展部分,而且它以从人体细胞吸收营养的方式来补充能量,不依赖外界的能量供应。