不需用电、没有逻辑电路，科学家开发史上算术最快DNA 分子电脑

来源：EETOP

爱尔兰国立梅努斯大学团队开发出迄今最复杂、速度最快的分子电脑，只需要一滴水和一点热量，就能驱动水中数十亿条DNA 链进行加法、乘法、除法等数学计算，是目前最复杂、最快的分子电脑之一。

科学家提出DNA 运算概念的历史其实已超过30 年，最早可追溯至1994 年南加州大学电脑科学家Leonard Adleman 首证明DNA 分子能用来求解图论中的经典难题——汉米顿路径问题，自此开启「DNA 运算」跨领域研究方向。

爱尔兰国立梅努斯大学新开发的SDC（Scaffolded DNA computer）分子电脑格外受瞩目，关键差异在于团队同时解决DNA 计算领域长期存在的2 大痛点：速度与规模、可重复使用性。

过去DNA 分子电脑受限于反应设计，通常只能处理小规模又简单的运算，但梅努斯大学团队成功推进至100 位元等级运算，计算10+3 只需30 秒，数字范围落在1,100万～3,400 万之间的高难度加法运算，则耗费长达14 小时完成。

这些运算平凡无奇，你自己动手算都比它快，电子电脑更是瞬间就能完成任务，但DNA 系统不需插电、不必遵循井然有序的逻辑步骤、不会走出任何一步「不可逆」动作，只是遵循热力学原理也能得出正确答案。

物理系统天生就有一种「惰性」，总是自然而然朝能量最低、最稳定的状态靠拢。研究团队只要设计配对规则，便能将运算过程「写」进DNA 分子。

具体而言，团队将DNA 短链连同一条DNA 长链（作为骨架）丢进一小滴盐水，当这锅DNA 混合液被加热和冷却，DNA 片段会像微型分子拼图一样透过碱基序列决定谁跟谁配对黏合、黏在DNA 长链骨架哪个位置。

由于上述提到的热力学原理，DNA 分子链会竞争形成最稳定排列方式，而正确构型在能量上更占优势（争夺谁能成功黏上骨架），因此团队将「正确答案」设计成能量最稳定的结构（不知道最终结构长什么样子，只是设定游戏规则），接着只要静静等待整个系统安顿、进入偏好的能量状态，自然而然往正确答案方向前进。

研究人员Damien Woods、Abeer Eshra 受访时直言：「虽然运算速度和硅芯片没得比，但超越硅芯片不是目标，跟其他DNA 电脑相比，我们的新系统已是目前最快速分子电脑。」

不跟电脑芯片抢快，分子电脑锁定活细胞、潮湿环境，开创运算新战场

分子电脑本质上是用过即丢的一次性实验品，但团队刻意将系统设计成能反覆使用，可连续进行高达25 次不同运算，甚至干涸一年半后重新加水至也能「重新开机」，此番工程突破对推动这类技术走向实用阶段相当关键，从纯粹「概念验证」往「具备实用潜力」迈进扎实一步。

研究团队老实坦承，这套系统距离实际应用还有相当长一段路要走，但分子电脑技术发展定位并非取代现有电子电脑产业，而是瞄准潮湿生物环境、智能材料、长时间稳定封存资料等传统电脑无法触及的利基市场，比如分子数据储存、生医材料、在活细胞内运作的分子装置等。

新论文发表在《自然》（Nature）期刊。

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