Создан первый молекулярный компьютер на синтетических полимерах

Французские ученые из Института Садрона успешно ^[1] закодировали и затем прочитали слово Sequence (оно было представлено в ASCII-коде) с помощью последовательности синтетических полимеров. Таким образом, они доказали, что в молекулах полимеров можно хранить информацию, и занимать она будет в 100 раз меньше места (физического), чем на обычных жестких дисках.

^[2]
/ Flickr / steve p2008 ^[3] / CC ^[4]

Чтобы закодировать информацию в полимеры, используются ^[5] два разных типа мономеров («битов»), содержащих фосфатные группы. Первый тип обозначает единицу, а второй — ноль. Через каждые восемь мономеров идет молекулярный разделитель NO-C (сепаратор), отмечающий байт.

Чтобы расшифровать информацию, каждый байт сперва «отделяется» в месте расположения сепаратора. После этого фосфатные связи между мономерами уничтожаются, а сами мономеры идентифицируются с помощью масс-спектрометра.

Сейчас на то, чтобы закодировать и прочитать информацию, уходит несколько часов. Но по мнению ученых, проблема решаема — для этого нужно автоматизировать синтез полимеров и анализ последовательностей.

Следующей целью ученых является создание первой «молекулярной дискеты» — молекулы большего размера. Она сможет хранить несколько килобайт информации, например страницу текста.

Отметим, что другая группа европейских ученых также занимается разработкой биокомпьютеров и через 5 лет собирается ^[6] представить решение на базе белков миозина и кинезина. Он будет работать, как и квантовые компьютеры, по принципу параллельных вычислений. При этом разработчики планируют, что «белковый» компьютер превзойдет по производительности квантовые машины.

Однако исследователи из Института Садрона считают ^[5], что их разработка лучше приспособлена для массового применения, так как работать с синтетическими полимерами проще, чем с биологическими. Подробнее об их проекте можно почитать в статье ^[1] для Nature Communications.

/ Flickr / igemhq ^[7] / CC ^[4]

Альтернативные решения

Помимо «полимерных» компьютеров, активно разрабатываются компьютеры на основе квантов и ДНК. Все они призваны заменить обычные кремниевые чипы, чтобы более рационально хранить данные и повысить производительность вычислений.

Как считает ^[6] Дан Николау (Dan Nicolau), профессор факультета биоинженерии Университета Макгилл в Монреале, практически все по-настоящему интересные математические проблемы нашего времени не могут быть решены с использованием современных компьютеров.

Квантовые компьютеры для вычислений используют ^[8] явления квантовой суперпозиции и квантовой запутанности. Если обычный компьютер для взлома пароля из четырех цифр будет искать их методом перебора, то для квантового компьютера с достаточным количеством кубитов нужный пароль — это одно из его возможных состояний.

Таким образом, ряд задач квантовые машины решают «моментально». Самый производительный квантовый компьютер на данный момент имеет ^[9] 51 кубит.

Однако у квантовых компьютеров есть две существенные проблемы. Для работы им нужны: температура, близкая к нулю по Кельвину, вакуум и отсутствие электромагнитного излучения. Кроме того, если кубиты взаимодействуют друг с другом, то время их жизни значительно сокращается ^[10].

Существуют также адиабатические компьютеры D-Wave с более чем 1 000 кубитов ^[11], способные оперировать 21000 вероятными результатами одновременно. Но их нельзя назвать классическими квантовыми компьютерами, так как они не используют принципы квантовой запутанности. Их применяют ^[12] для распознавания образов, исследования трехмерной формы белка по известной последовательности аминокислот и решения задач дискретной оптимизации.

Что касается других альтернатив кремнию, то ДНК-компьютеры разрабатывают уже больше 20 лет. В 1994 году Леонард Адлеман (Leonard Adleman) продемонстрировал ^[13], что посредством ДНК можно эффективно решать классическую задачу о коммивояжере ^[14]. Сейчас над созданием ДНК-компьютера активно работает Microsoft. В частности, ей уже удалось ^[15] поместить на ДНК-носитель 200 МБ данных.

Кодирование ДНК выполняется ^[16] последовательностями четырех азотистых оснований: цитозина, гуанина, аденина и тимина. Когда данные закодированы, молекула синтезируется. Она может хранить информацию несколько тысяч лет.

P.S. Тройка материалов по теме высокой производительности из нашего корпоративного блога:

• Как справиться с пиковыми нагрузками при помощи IaaS ^[17]
• Управление Storage Policy в vCloud Director 8.10 ^[18]
• Оптимизация производительности в vSphere: проблемы с CPU ^[19]

Автор: it_man

Источник ^[20]