Наша повседневная жизнь настолько оцифрована, что даже технофобы знают, что компьютер - это набор электронных транзисторов, которые обрабатывают сигналы 1 и 0, закодированные в программе. Но новый вид вычислений может заставить нас перезагрузить наше мышление: впервые ученые использовали источник энергии, используемый живыми клетками для питания крошечных белков для решения математической задачи.
Исследование, проведенное дуэтом «отец-сын», является стимулом для биокомпьютера, который обещает устройства, которые решают сложные задачи и потребляют намного меньше энергии, чем электрические машины. «Речь не идет о создании более быстрых компьютеров», - говорит Дэн Николау-младший, ведущий автор нового исследования, получивший степень доктора математических наук в Оксфорде. «Это вопрос решения проблем, которые компьютер вообще не может решить».
Возьмите взлом кода, который может включать просеивание триллионов комбинаций, чтобы найти одно правильное решение. Возможно, что удивительно, мэйнфрейм-компьютеры не так хороши в решении такой проблемы, потому что они, как правило, работают линейно, делая вычисления в одной последовательности за раз. Параллельная обработка - одновременное использование нескольких возможных решений - лучше.
Вот где начинается новый эксперимент. В течение многих лет Дэн Николау-старший, руководитель отдела биоинженерии в Университете Макгилла в Монреале, изучал движение белков цитоскелета, которые помогают клеткам придать свою структуру. Около 2002 года его сын, тогда еще студент, думал о том, как крысы в лабиринтах и муравьях на охоте решают проблемы. Могут ли белки, которые исследовал его отец, использовать для решения головоломок?
Чтобы проверить вопрос, им сначала нужно было перевести его в форму, на которую белки могли реагировать. Таким образом, исследователи выбрали математическую задачу, построили ее в виде графика, а затем преобразовали график в своего рода микроскопический лабиринт, который был выгравирован на кварцевом чипе размером в один дюйм. «Затем вы позволяете агентам исследовать эту сеть - чем быстрее, тем меньше, тем лучше - и смотрите, куда они уходят», - говорит Николау-старший. В этом случае агентами были белковые волокна цитоскелета из мышц кролика (и некоторые выращенные в лаборатории), и они «исследовали» различные растворы лабиринта, словно толпа, ищущая выходы. Тем временем извилистые белки собирали энергию в результате расщепления АТФ, молекулы, высвобождающей энергию, которая питает клетки, и «ответы» возникали из наблюдения за тем, как белки убежали, а затем возвращаясь к своим шагам.
Этот экспериментальный биокомпьютер не может превзойти электронную машину, и он предназначен для решения только одной проблемы. Но исследователи считают, что когда-нибудь эту концепцию можно расширить, чтобы решить задачи, которые в настоящее время ставят в тупик обычные компьютеры, используя «в тысячу раз меньше энергии на расчеты», - говорит Николау-младший. для естественного параллельного процессора. И как говорит Николау-младший: «Жизнь делает вещи более эффективно».
Подпишитесь на журнал Smithsonian сейчас всего за $ 12
Эта история - отбор из майского номера журнала Smithsonian
купить
