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据美国趣味科学网站9月23日报道，科学家造出由DNA驱动的计算机，它能利用一滴水中的大量分子进行计算。

这套系统利用物理学原理构建出科学家描述的计算系统，其效率高于当今广泛使用的传统计算机。

这种DNA计算机并非通过持续耗能完成一系列计算步骤。按照其设计理念，“能量上有利的”状态就是正确答案。换句话说，这种计算机从设计角度就比生物计算机耗能低，后者把活细胞与传统硬件整合在一起。

该研究论文的合著者、爱尔兰梅姆斯大学计算机科学教授达米安·伍兹在给趣味科学网站的电子邮件中说：“巧妙之处在于结合过程中的竞争机制：DNA分子相互竞争以选出胜者，胜者成功结合到支架上；所有这些推挤和竞争过程都在处理信息并执行计算。最终，系统会稳定到其能量上较佳的状态，而这种状态编码了计算结果。”

在英国《自然》周刊9月16日发表的这篇研究论文中，研究人员把他们的系统称为支架DNA计算机(SDC)。他们在10个程序上测试了SDC，包括100位计算。有些计算，比如10+3，SDC大约需要30秒才能算出结果。

研究人员在文中指出，SDC未来有多种潜在应用场景，但目前都属于设想。

基于DNA的系统可能有助于分子数据存储、节能型计算形式，甚至用于能在活细胞内部运行的设备。

SDC由短链DNA构成，这些短链DNA与较长的DNA支架发生相互作用。这些DNA链被放入少量盐水之中，随后进行加热和冷却处理。

DNA链在相互作用的时候，按照一套构成“计算”的编程规则组装成结构。这些DNA链就像微小的分子拼图块，其序列决定哪些拼图块可以相互连接以及连接到较长支架上的哪些位置。通过设计这些结合规则，研究人员相当于“编写”一个计算程序。

伍兹和计算机科学助理教授阿比尔·埃什拉通过电子邮件告诉本网站：“每个程序都对应一组特定的DNA链；要编写不同的计算程序或输入不同的数据，我们只需从冰箱里取出相应的DNA链即可。”

这种方法还利用了热力学原理。当混合物经历加热与冷却过程时，各种DNA链会相互竞争以形成最稳定的排列组合，而正确的构型因能量优势最终胜出。最终形成的结构编码计算结果，使这些分子仅通过相互作用便能完成“计算”。

尽管DNA计算机本身很小，但参与计算过程的DNA链却极多。

埃什拉在一份声明中说：“一小滴液体包含了许许多多的DNA链。这些链条相互作用，从而产生计算结果。”

研究人员利用SDC进行700多次计算演示。这些程序涵盖加法、乘以3、除以2以及八位奇偶校验(一种常见的计算机纠错技术)。小型计算可在不到一分钟的时间内完成。考虑到这些计算必须经由化学反应才能完成，而化学反应本身所耗的时间就与之相当甚至更长，这一速度令人震惊。

梅姆斯大学高级研究员、该研究论文的合著者康斯坦丁·埃文斯告诉趣味科学网站：“这些都是极其简单的计算，你自己动手算都比它快，一台硅基计算机更是瞬间就能完成。我们的系统只用寥寥数个分子，既不真正遵循一套井然有序的步骤流程，也不执行任何不可逆的步骤，最终却得出正确答案。当你从分子的层面去思考计算这件事，就会发现，哪怕是这些看似简单的运算，要让它们稳定可靠地实现也非常困难。”

规模更大的计算则耗时更长。一项涉及1100万至3400万数值范围的较复杂加法运算耗时长达14小时。

伍兹和埃什拉在致趣味科学网站的联合邮件中写道：“这表明该系统既可编程又可重复使用；尽管与硅基计算机相比速度较慢，但相较于其他DNA计算机，它的速度已相当可观。”

SDC不仅速度快，还具备可重复使用的特性。许多早期的分子计算机仅用于一次性实验，而SDC的设计初衷则是让其中的分子能够反复使用。其中三个程序被重复运行了多达24次。该团队甚至在最初实验结束一年半后，又重复进行了一次实验。虽然SDC当时已经部分干涸，但研究人员只加入一些水就再次进行了运算。