DNA电脑是应用DNA存储遗传密码的原理,通过生物化学反应,用基因代码作为计算输入输出的液体电脑。
世界各国的数学家、生物家、化学家以及计算机专家正在合作研制未来的液体DNA电脑,并且取得了突破性进展。研究表明,计算机上含有大量的遗传密码,可通过生化反应进行遗传信息的传递,这是生命现象的基本特征之一。
DNA计算机的原理是:
(1)利用DNA存储遗传密码就的原理存储数据。科学家认为,DNA的存储量非常巨大,1立方米的DNA容量可以存储1×10^20位的信息,相当于世界上所有计算机存储容量的总和。
(2)DNA单元之间可以在某种酶的作用下瞬间完成生物化学反应,而且数亿万亿的DNA单元能够同时并行的进行生化操作,以此可以实现人们需要的计算。乐观的科学家认为,DNA计算机的计算速度之快,在几天内完成的运算量相当于当前世界上有史以来所有计算量的总和。
(3)反应前的基因代码可以作为计算的输入,反应后的基因代码可以作为计算的输出。生化计算机是人们一直梦寐以求的愿望。它可以实现现有计算机无法进行的模糊推理和神经网络计算,是
智能计算机乃至“人造大脑”最有希望的突破口。
DNA电脑至少有三大优点: 一是体积小,用于存储信息的空间仅为普通计算机的几兆分之一。其信息可存储在数以兆计的DNA链中。二是这种电脑运算速度极快。一台DNA电脑只需几天时间,就可以完成迄今为止所有计算机曾经进行过的运算。三是最大限量的减少能耗,DNA电脑的能耗,仅为普通电脑的十亿分之一。
DNA电脑把二进制数翻译成遗传密码的片段,每个片段就是著名的双螺旋的一个链。科学家们希望能把一切可能模式的DNA分解出来,并把它放在试管里。然后,他们将制造互补数字链。互补数字链不会解决某一个方程式,但是将会从一个解决方案中把那些互补数字链提取出来。
DNA电脑的功能之所以强大,就在于每个链本身就是一个微型处理器。科学家能够把10亿亿个链安排在1kg的水里,而每个链各干各的事情。它们各自进行计算。这意味着,DNA计算机能同时“试用”巨大数量的可能的解决方案。与此形成对照的是,电子计算机对每个解决方案必须自始至终进行计算,直到试用下一个方案为止。所以,普通电脑和DNA电脑是截然不同的。普通电脑一小时能进行许多次运算,但是一次只能进行一次运算,而DNA电脑进行一次运算需要大约一小时,但是一次能进行10亿亿次运算。
1994年11月,美国的《Sciense》上刊登了美国加利福尼亚大学的伦纳德˙阿德拉曼博士利用DNA溶液成功求解出多个城市之间最短回路问题的报道,这是第一个关于DNA计算机的报道。2001年,以色列威茨曼研究所成功的研制了一台全自动运行的DNA计算机,该机可以在生物体内存储和处理信息,具有普通计算机的大部分功能,标志着DNA计算机的研制向实用迈出了一大步。2001年,日本开发出全球第一太能投入商业应用的DNA计算机,该机可进行基因诊断。