DNK računar brži i od kvantnog kompjutera: Ima neograničen kapacitet i radi po principu samoreplikacije DNK računar brži i od kvantnog kompjutera: Ima neograničen kapacitet i radi po principu samoreplikacije
Naučnici su dokazali da je zaista moguće napraviti fizički računar od molekula DNK – samoreplicirajući kompjuter koji bi bio brži od svakog postojećeg računara,... DNK računar brži i od kvantnog kompjutera: Ima neograničen kapacitet i radi po principu samoreplikacije

Naučnici su dokazali da je zaista moguće napraviti fizički računar od molekula DNK – samoreplicirajući kompjuter koji bi bio brži od svakog postojećeg računara, pa čak i od kvantnih računara u budućnosti. Izgradnja Nedeterminističke Tjuringove Mašine je moguća!

Ideja da se molekuli DNK koriste za čuvanje podataka nije baš od juče. Još 1964. godine ruski naučnik Mikhail Samoilovič Neiman izložio je ideju o stvaranju biofizičkih informacionih sistema u naučnom radu objavljenom u magazinu Radiotekhnika. Neiman je napisao da je sama ideja potekla od Norbert Wiener-a, američkog matematičara, filozofa i pionira kibernetike.

Danas naučnici sa Univerziteta u Mančesteru aktivno rade na zadatku da DNK računar konačno ugleda svetlost dana. Oni su postigli nešto što je do sada smatrano za nemoguće.

Od Tjuringove mašine do molekularnog računara

Ideja da se DNK računar proizvede kao alternativa običnim kompjuterima predložena je 1994. godine. Ovakvi računari rešavali bi probleme brže, bili bi manji i stabilniji od komjutera sa silikonskim komponentama. Kako bi dokazao da se molekuli DNK mogu koristiti kao osnova za proračunavanje, te iste godine Leonard Adleman sproveo je eksperiment u kojem je putem DNK rešio Problem Hamiltonovog Puta od sedam tačaka.

U srcu ideje o proizvodnji DNK računara nalazi se jedna još starija ideja – ideja o konstrukciji Tjuringove mašine. To je apstraktna mašina korišćena u misaonim eksperimentima, koju je još davne 1936. godine opisao Alan Turing, engleski matematičar, logičar, filozof, teoretski biolog i kriptoanalitičar, čovek koji je dekodirao nacističke šifrovane poruke tokom Drugog Svetskog Rata, izvršio veliki uticaj na razvoj kompjuterske nauke i koji se smatra ocem veštačke inteligencije. Još davnih dana Tjuring je zamislio mašinu neograničenog kapaciteta za proračunavanje algoritama.

Današnji digitalni računari (kao i kvantni računari) su u svojoj osnovi Univerzalne Tjuringove Mašine (UTM), tačnije oni vrše simulaciju Tjuringove mašine na ograničen, deterministički način. Međutim, stvaranje mašine koja bi radila po nedeterminističkom principu sve do 2017. godine smatrano je nemogućim.

Kako bi stvorili efikasnije mašine, koje bi brže rešavale kompleksne probleme, jedan deo kompjuterskih naučnika se okrenuo biokodiranju.

2004. godine dogodio se prvi proboj. Ehud Shapiro sa izraelskog Instituta Weizmann, sa grupom saradnika radio je na konstruisanju programabilnog molekularnog sistema za molekularni računar koji bi umesto silikonskih mikročipova bio sastavljen od enzima i DNK molekula. U takvom uređaju bi DNK molekul snabdevao računar podacima i osiguravao svu energiju koja je računaru potrebna. 2004. godine ovaj tim naučnika je u magazinu Nature objavio da su uspeli da naprave DNK kompjuter sposoban da dijagnostikuje kancerozne pojave u ćeliji i nakon postavljanja dijagnoze oslobodi odgovarajući lek.

Ipak, sve do skora se smatralo se da je, izvan misaonog eksperimenta postojanje Tjuringove mašine sa bezgraničnom mogućnošću proračunavanja nemoguće. Smatralo se da se ne može fizički napraviti Nedeterministička Tjuringova Mašina (NTM). Niko se do sad čak nije ni usudio da pokuša da napravi takvu mašinu.

Čuvanje podataka u DNK nije novost

Koliko će podataka stati u gram DNK zavisi u velikoj meri od same metode kodiranja. Ovo polje nauke je još uvek u razvoju, ali već sada možemo slobodno reći da bi, kada bi se čuvali u DNK, svi podaci ovog sveta mogli da stanu u jednu jedinu sobu. Pored ogromnog kapaciteta, ogromna prednost DNK u odnosu na silikonske čipove je i njena dugovečnost – može da traje stotinama hiljada godina. DNK ne propada vremenom kao što propadaju naši CD-ovi i ostali nosači podataka koji se danas nalaze u širokoj upotrebi.

Od 2012. godine DNK se uspešno koristi za skladištenje podataka. Naučnici su u više navrata demonstrirali kako se raznim metodama u DNK mogu čuvati digitalni podaci poput JPG slika, muzike, knjiga… 2016. godine naučnici su putem CRISPR tehnike editovanja gena u DNK žive bakterije čak ubacili GIF konja u galopu.

Samoreplicirajući DNK računar

Samo bacite pogled na živi svet oko sebe i shvatićete da su DNK računari već od pamtiveka svuda oko nas. Svaki živi organizam predstavlja svojevrsni DNK računar. Svaka ćelija u našem telu ima DNK i već funkcioniše kao skladište ogromnog broja informacija. Sada je vreme da u praksi još jednom primenimo ono što smo naučili od same prirode.

 

Najnoviji pomak na ovom polju učinili su istraživači sa Univerziteta u Mančesteru. Oni su razvili novu vrstu samoreplicirajućeg računara koji koristi molekule DNK za proračune. Profesor Ross D. King je sa svojim timom demonstrirao mogućnost izgradnje Nedeterminističke Tjuringove Mašine (NTM), a rezultate svog istraživanja objavio je u magazinu Journal of the Royal Society Interface.

Naučni tim je regularne silikonske čipove zamenio molekulima DNK, a umesto binarnog koda, prilikom kodiranja je koristio genetsku “abecedu”.

Ovi naučnici su razvili mikroračunar koji u osnovi ima DNK i radi na principu replikacije. Osnovna osobina DNK je da ona može da pravi sosptvene kopije. To znači da DNK računar može da sprovodi skoro neograničen broj proračuna  istovremeno, što ga čini nezamislivo bržim od današnjih računara, pa čak i od kvantnih računara budućnosti.

Ovu mogućnost nov DNK računar između ostalog ima i zbog toga što je njegov dizajn zasnovan na drugačijoj “gramatici” od digitalnih i kvantnih računara – počiva na principima programskog jezika Thue. 

Stvar je u tome što elektronski kompjuteri vrše milijarde proračuna, ali oni to čine sukcesivno i u obavljanju zadataka moraju da prave izbore između komandi. Umesto toga, DNK kompjuter jednostavno može da napravi milijardu kopija samog sebe i da sve komande izvrši odjednom. 

Profesor Ross D. King i njegov tim naučnika izveli su fizičku demonstraciju ovog koncepta. Njihov računar na bazi DNK raste putem samoreplikacije dok vrši proračune. Na taj način on ima teoretski beskonačan kapacitet.

U samo 1 gram DNK računara moglo bi da stane nezamislivih 100 milijardi terabajta. Poređenja radi, računari današnjice imaju po tek tričavih par terabajta. Da stvar bude još luđa, brzina kojom bi DNK računari vršili proračune bila bi takođe nezamislivo velika, s obzirom da bi se eksponencijalno povećavala zahvaljujući samoreplikaciji.

To bi bio računar sa gotovo neograničenim mogućnostima, zar ne? Zbog čega onda ne bismo konačno zamenili ove naše prepotopske računare tom novom i skoro sasvim prirodnom tehnologijom?

Pored određenih tehničkih teškoća koje su izložene u ovom naučnom radu, najveća prepreka proizvodnji DNK računara je to što je proces njihove proizvodnje previše je skup. Mikrokodiranje informacija kako bi se one uskladištile u DNK ili iščitale iz DNK , kao i mikroporogramiranje danas košta hiljade i hiljade dolara. To je u suštini najveća prepreka. Željno iščekujemo dan kada će cena ovih procesa spasti, dok naučnici marljivo rade da se to zaista dogodi u doglednoj budućnosti.

NiT

 

Smoux

Filozof, stargejzer, zanesenjak i probisvet, zaljubljenik u naučnu fantastiku, horor i nauku, u postavljanje pitanja i traženje odgovora, u umetnost i sve što oslobađa um, donosi prosvetljenje i razvejava dogmatski mrak...

No comments so far.

Be first to leave comment below.

Your email address will not be published. Required fields are marked *

2 × 1 =