新加坡南洋理工大學舒建軍教授在《物理評論快報》（Physical Review Letters ）發(fā)表了他的最新研究成果，稱他的團隊提出了一種通過操縱DNA鏈能解決基于DNA計算的戰(zhàn)略分配問題,。他同時也宣稱,，“我們團隊在DNA計算領(lǐng)域取得了一定的進步,，期望未來取得更大的進步，DNA是計算的未來,。”
舒教授表示,，人體就像一臺計算機,，每時每刻都在進行計算，比最快的硅芯片超級計算機都要快得多,。而硅芯片計算機使用二進制計算,，產(chǎn)生大量的熱量，十分不利于環(huán)保,。
在處理戰(zhàn)略分配問題方面,，隨著硅計算的發(fā)展，即使是運算最快的硅芯片計算機在處理戰(zhàn)略分配問題上仍需要花費數(shù)月,，而基于DNA計算則被證明是高效的,。利用基于DNA的計算方式能夠更高效率地解決大量平行問題、組合問題以及人工智能問題,。而且DNA計算機所用的DNA生物芯片比硅芯片更環(huán)保,。
舒教授表示，硅計算依靠二進制,，即1和0,。而通過DNA計算，除了1和0以外,，你還可以做的更多,。DNA由AGTC四種堿基組成，這可以形成更多的排列,。DNA計算將有潛力處理模糊數(shù)據(jù),，超越數(shù)位數(shù)據(jù)。
舒教授及其團隊在分子鏈水平和試管水平上對DNA鏈進行操作,，他們發(fā)現(xiàn)他們可以對DNA鏈進行剪切,、融合等操作，而且所執(zhí)行的這些操作能夠影響DNA的計算能力,。在實驗?zāi)Ｐ椭?，DNA分子用來存儲與計算目的相關(guān)的信息。“我們能融合DNA鏈,，創(chuàng)造另外一種運算,，或者我們可以通過改變DNA性質(zhì)將DNA拆開。”舒教授表示,。
與傳統(tǒng)計算機不同,，DNA計算機的計算是并行執(zhí)行的，而且計算并行度非常大,。在一毫升的DNA溶液中,，可以容納十的十八次方條DNA。每條DNA都可以看成是一個微處理器。這樣的話,，雖然生化反應(yīng)是在一小時之內(nèi)完成的，每秒鐘的運算量還可以達到十的十五次方?，F(xiàn)在最快的計算機每秒鐘的運算速度是十的十二次方,。這樣的話，DNA計算要比最快的計算機還要快一千倍,。傳統(tǒng)計算機進行線性操作,，一次只能處理一項任務(wù)。并行計算使得DNA能在數(shù)小時內(nèi)求解出復(fù)雜數(shù)學問題的答案,，如果使用電子計算機,，則需要花費數(shù)百年的時間才能完成這些問題。
此外,，雖然DNA體積很小,，但存儲的信息量卻很大。一克DNA所能存儲的信息量與1萬億張CD光盤相當,，遠大于現(xiàn)有的計算機存儲芯片和其它存儲介質(zhì),。
DNA計算研究處于最基礎(chǔ)階段
但是DNA計算這一技術(shù)面臨著諸多挑戰(zhàn)，舒教授表示,，DNA計算目前仍處于研究的最基礎(chǔ)階段,，“至今，DNA計算機還需要大量的人力操作,。我們想要對其做進一步的改善,。硅微處理器可以執(zhí)行每一個任務(wù)。同樣,，我們需要發(fā)展到提供命令讓DNA也執(zhí)行每一個任務(wù),。”另外，他指出,，DNA成本也是一個問題,，目前DNA成本很高，很難商業(yè)化,。
另一個挑戰(zhàn)是基于DNA計算的顯示問題,，如果使用現(xiàn)有電子設(shè)備，DNA計算的結(jié)果很難顯示出來,。他說：“我們需要在較慢的電子速度與較快的DNA速度之間找到缺失的一環(huán),，比如光速。”盡管面臨著眾多挑戰(zhàn),，舒教授仍然很樂觀地看待DNA計算機的前景：“ DNA是計算的未來,。”
“人機合一”的未來或許不是夢
在過去的40多年中，硅微處理器一直是計算機世界的核心。當時,，制造商們都努力將更多的電子元件集成到微處理器中,。根據(jù)摩爾定律，微處理器上的電子元件數(shù)量每18個月會增長一倍,。摩爾定律是以英特爾的創(chuàng)始人戈登?摩爾的名字命名的,，他于1965年預(yù)言微處理器的復(fù)雜程度每兩年會增加一倍?？茖W家認為,，摩爾定律將很快失效，因為用硅制造的微處理器在物理速度和小型化方面的發(fā)展空間極其有限,，這種傳統(tǒng)的電子技術(shù)在2020年后的某個時候?qū)⑦_到物理極限,。因此，尋求新的替代技術(shù)具有非常重要的意義,。
1994年,，艾得爾曼教授用一支試管解答了著名的貨郎擔問題：一個推銷員要去7個城市推銷產(chǎn)品。走遍這7個城市的方案中,，哪一種是最短路線,？當他花了7天時間利用試管中的DNA鏈，根據(jù)堿基互補的原則算出了答案時,，整個世界震驚了,。人們首次從這個實驗認識了DNA計算的概念，也對DNA計算的前景有了無限美好的期望,。
2001年,，以色列科學家成功研制成世界第一臺DNA計算機，它的輸出,、輸入和軟硬件全由在活性有機體中儲存和處理編碼信息的DNA分子組成,。雖然該計算機不過一滴水大小，但這已顯示出未來DNA計算機的雛形,。吉尼斯世界紀錄稱之為“最小的生物計算設(shè)備”,。隨后幾年,，以色列科學家對DNA計算機進行了改進,，當時的運行速度已高達每秒330萬億次,。
未來的DNA計算機在研究邏輯、破譯密碼,、生物醫(yī)藥以及航空航天等領(lǐng)域應(yīng)用將發(fā)揮其獨特優(yōu)勢：未來破解復(fù)雜密碼將變得簡單,，航空公司可以有效規(guī)劃航線，在細胞內(nèi)運行的DNA計算機可以監(jiān)控和發(fā)現(xiàn)人體的各種疑難病癥,，甚至還能在人體內(nèi)合成藥物,。隨著我們對DNA計算機越來越了解,，未來我們對人腦也將有更深刻的認識。
可以想象,，未來一旦DNA計算技術(shù)全面成熟,，DNA計算機還可以通過人體接口直接接受人腦的指揮，那么屆時真正的“人機合一”將會實現(xiàn),?？梢姡磥淼腄NA計算機將給人類生活帶來一個質(zhì)的飛躍,。（生物谷Bioon.com）
生物谷推薦原文出處：
Physical Review Letters DOI:10.1103/PhysRevLett.106.188702
DNA-Based Computing of Strategic Assignment Problems
Jian-Jun Shu, Qi-Wen Wang, and Kian-Yan Yong
DNA-based computing is a novel technique to tackle computationally difficult problems, in which computing time grows exponentially corresponding to problematic size. A strategic assignment problem is a typical nondeterministic polynomial problem, which is often associated with strategy applications. In this Letter, a new approach dealing with strategic assignment problems is proposed based on manipulating DNA strands, which is believed to be better than the conventional silicon-based computing in solving the same problem.
