DNAコンピュータが900までの平方根を計算、分子コンピューティングのマイルストーン
試験管内のDNA鎖で作られたコンピュータが、1から900までの平方数の平方根を求めることができます。整数のみ対応ですが、これまでで最も高度なDNAコンピュータです。
シリコンの限界とDNAコンピューティングの可能性
現在、インテルやAMDは幅10ナノメートルのトランジスタを量産しています。これはDNA分子のわずか10倍の幅です。しかしトランジスタの微細化には限界があり、まもなくこれ以上小型・高効率な電子デバイスを作れなくなるでしょう。
シリコンベースコンピュータの有力な代替案がDNAコンピューティングです。生化学、DNA、分子生物学ハードウェアを用います。まだ初期段階ですが、既存コンピュータでは扱えない問題を解決する大きな可能性を秘めています。
これまで科学者たちは、数十個の論理ゲートで構成されるDNAベース回路を実証し、基本的な論理機能の実行に成功してきました。しかし、複雑な数学演算の実現には至っていませんでした。
今回、ロチェスター大学の研究者たちが、試験管内のDNA鎖からなるコンピュータを開発し、平方数（整数のみ）の平方根を900まで計算できることを実証しました。つまり、1、4、9、16、25、36、49…784、841、900の平方根を求められます。これはDNA配列の設計とDNA鎖置換反応のプログラミングによって達成されました。
3つの分子ビルディングブロック
DNA鎖置換による10ビット平方根論理回路を実現するため、研究チームは3つの分子ビルディングブロックを開発しました。
- 認識モジュール: 入力をエンコードし、1つまたは2つの特定のDNAナノインジケーターを認識します。簡単に言えば、10種類のビルディングブロックの組み合わせで数値をDNA上にエンコードし、異なる組み合わせが異なる数を表し、蛍光マーカーと連結されます。
- 生体計算モジュール: 異なる入力組み合わせと反応プラットフォームのハイブリダイゼーション反応で10ビット平方根を実現。蛍光信号が変化し、そこから元の数の平方根を色として抽出します。
- 定義モジュール: 蛍光信号で出力を閾値処理し、10ビット平方根論理回路の実現を示します。
出力フィードバックによる入力信号の最適化も可能で、より複雑な論理演算での性能向上が期待できます。
今後の展望
このDNAコンピュータは、DNAのユニークな構造的プログラマビリティと強力なデータベースを提供し、複雑な計算回路や新規機能デバイスの開発へ新たな道を開きます。
研究チームは同じ技術でアナログ/デジタル信号をシミュレートし、整数の平方根だけでなく、より広範な平方根計算を実行する予定です。
全体として、この研究はバイオエンジニアリングとバイオテクノロジーへの応用により普遍的な道を提示しています。研究者たちは、DNAコンピュータが最終的に大量データ処理と複雑計算でシリコンベースコンピュータに取って代わると信じています。
産業技術
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