「DNAを用いて900までの平方根を計算可能なDNAコンピューター」が開発される

by iLexx

DNAコンピューターとは、4種類の塩基で構成されるデオキシリボ核酸(DNA)を用いて試験管の中で計算を行うという、電子機器とは全く異なる仕組みのコンピューターです。アメリカ・ロチェスター大学の研究チームは、900までの平方根を計算できるDNAコンピューターを開発したと報告しました。

Programmable DNA Nanoindicator‐Based Platform for Large‐Scale Square Root Logic Biocomputing - Zhou - 2019 - Small - Wiley Online Library
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/smll.201903489

A computer made from DNA can compute the square root of 900 | New Scientist
https://www.newscientist.com/article/2228461-a-computer-made-from-dna-can-compute-the-square-root-of-900/

Test tube DNA computer calculates the square root of 900 | ZDNet
https://www.zdnet.com/article/test-tube-dna-computer-calculates-the-square-root-of-900/

A DNA-Based Computer Calculates Square Roots Up To 900 | Hackaday
https://hackaday.com/2020/01/12/a-dna-based-computer-calculates-square-roots-up-to-900/

DNAコンピューターとは、DNAを構成する塩基がアデニン(A)とチミン(T)、グアニン(G)とシトシン(C)という組み合わせで相補的に結合して複合体を形成する、ハイブリダイゼーションを用いたコンピューターのこと。最初にDNAコンピューターを考案したのは、アメリカのコンピューター科学者であるレオナルド・エーデルマン氏です。

エーデルマン氏は「遺伝子の分子生物学」を読んでいる最中にコンピューターとDNAの類似性に気付き、1994年に「Molecular computation of solutions to combinatorial problems(組合せ問題の分子計算による解法)」という論文を発表。世の中にDNAコンピューターというアイデアが知られるようになりました。

その後もDNAコンピューターについての研究が行われてきましたが、最初の論文から20年以上が経過しても、DNAコンピューターによる複雑な数学的演算は実現できませんでした。たとえば平方根の計算には4ビットの2進数を処理できる10ビットの論理回路が必要となりますが、既存のDNAコンピューターのシステムではそこまでの処理能力は発揮できなかったとのこと。

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そんな中、ロチェスター大学のChunlei Guo教授の研究チームは32本のDNA鎖を使用して、情報の保存や処理を実行できるDNAコンピューターを開発したと報告しました。「DNA配列をデザインしてDNA鎖の置換反応をプログラミングして、900までの平方根の計算を実現しました」と、Guo氏は述べています。

Guo氏の研究チームが考案したDNAコンピューターは、まずDNA中に900個までの数値をエンコードして、各数値に蛍光マーカーの色を対応させるとのこと。そして平方根の計算が論理ゲートを介して処理されると、元の数に対応して全体的な蛍光シグナルが変更され、計算結果は色として出力される仕組みになっているそうです。

ムーアの法則が崩れつつある近年において、既存のトランジスタより10倍以上も小さいDNAコンピューターの開発には将来的な発展が期待されています。「DNAコンピューターはまだ初期段階にありますが、現在のシリコンベースのコンピューターでは処理できない問題を解決する上で、大きな可能性を秘めています」と、Guo氏は述べました。

by Vladdeep