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一滴盐水就是DNA计算机,不用电就能算100比特加法,梅努斯大学SDC登《Nature》

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编辑丨coisini

人工智能电力消耗是当下能源领域最受关注、也最具争议的议题之一。随着大模型训练与推理规模呈指数级扩张,数据中心已经成为「吞电巨兽」。

有没有一种可能,计算机可以不用电?

最近,来自爱尔兰梅努斯大学的研究团队创造出迄今为止速度最快、最复杂的「DNA 计算机」之一。该系统无需持续供电,利用微观的遗传密码链就能够执行数学运算。

研究论文以《A thermodynamically favoured molecular computer》为题发表于《Nature》。



论文地址:https://www.nature.com/articles/s41586-026-10996-5

一滴盐水就是计算机

理论表明,计算可以被嵌入到一个弛豫至热力学有利平衡态的系统之中,机器学习和搜索算法正是利用了这一思想。要在物理上实现热力学有利的计算,需要一个可编程的介质,且该介质能够接受能源景观工程(energy landscape engineering)。



受 DNA 折纸术的启发,研究团队提出支架 DNA 计算机(Scaffolded DNA Computer,SDC)。SDC 具有可高效遍历的能源景观,从而产生高度并行的动力学过程,并拥有多条通往输出的潜在路径。该设计存在热力学成本,但与典型计算形式不同,它通过自然演化至平衡态下的期望输出状态,而无需显式纠错子系统。



简单来说,研究团队将短 DNA 片段与一条较长的 DNA 支架混合在一小滴盐水中,短暂的热脉冲启动生物相互作用。随着液体缓慢冷却,数百万条微观链漂移聚拢、发生反应,并自组装成复杂的分子图案,从而揭示最终答案。

「一小滴液体中含有数十亿,甚至数万亿条 DNA 链,这些链彼此相互作用,从而产生结果」,研究团队成员、梅努斯大学汉密尔顿研究所助理教授 Abeer Eshra 说道。



通过将计算重新构想为热力学有利的过程,该研究得到了一个概念上简单的系统,它可编程、对错误稳健、快速、可重复使用且可扩展。



值得注意的是,该系统不依赖任何一根导线或持续电源,最终自组装的分子结构即为计算出的答案。

无需电力的计算

这滴液体的能力令人惊讶。在测试运行中,研究团队执行了十个不同的程序。该分子系统在短短 30 秒内就解出了像 10 + 3 这样的基础数学题,而涉及 100 比特加法运算的复杂计算则在大约 14 小时内完成。



当然,这种计算速度无法与硅基处理器相提并论,但与其他 DNA 计算机相比,该分子系统的计算速度已经非常快。该装置远非一次性使用,团队在同一滴液体中连续进行了多达 25 次计算,并且没有任何性能损失。



相比于芯片等传统处理器,DNA 计算机有着独特的优势。DNA 具有无与伦比的存储密度以及生物相容性,研究团队未来计划让 DNA 计算机解锁电子芯片永远无法处理的应用。例如,未来的迭代版本可能能够将密集的数字档案保存数千年;甚至可能让 DNA 计算机进入人体血液系统,逐个细胞地识别疾病。

如研究团队成员、梅努斯大学汉密尔顿研究所教授 Damien Woods 所说:「我们一直只局限于一种类型的计算机,但我们周围还有其他例子,包括我们的大脑。」在一个被能源焦虑笼罩的 AI 时代,一滴盐水中的 DNA 链,正悄然揭示着另一种可能。

感兴趣的读者可以阅读论文原文,了解更多研究内容。

参考链接:https://interestingengineering.com/science/first-of-its-kind-dna-computer-solves-complex-math-without-wires-or-continuous-power

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