半岛网页版：新发现！DNA计算机证实化学编程指日可待

本文摘要：录：图片来自Erik Winfree/Caltech单细胞利用自己的DNA展开分化、交配和分化，从而产生一个发育几乎的生物体，这堪称是化学计算出来中最精妙谜样的不道德。

录：图片来自Erik Winfree/Caltech单细胞利用自己的DNA展开分化、交配和分化，从而产生一个发育几乎的生物体，这堪称是化学计算出来中最精妙谜样的不道德。本周，《大自然》(Nature)杂志公开发表研究报告称之为，计算机科学家修建了第一台可普遍编程的DNA计算机，朝着利用化学计算出来的路途上迈进了至关重要的一步。该系统利用DNA撰写的指令来继续执行有所不同的6位程序。

以前的DNA计算机本质上都是自定义的系统，只需要解决问题特定的问题。但现在，研究人员用新的系统来继续执行21个测试程序。

在可编程物质中，化学软件不会自动指导具备简单、可编程纳米材料的建构。虽然仅有由DNA和盐水构成的新系统本身足以沦为科技应用于，但是，它让自装配可编程物质的发展更加入了一步。这项研究主要在加州理工学院(Caltech)展开。研究负责人、计算机科学和生物工程学教授埃里克·温弗里(Erik Winfree)说明说道，新的系统的创造者“企图找到将计算出来不道德映射化学的方式，从而掌控化学的不道德”。

DNA不会构成一个由两条长链构成的梯状结构，每条链都有四种化学物质。这台计算机的原理就在于:单链DNA会因化学序列的互补性和其他DNA链筛选。加州理工学院的研究小组将他们的DNA序列设计成类似于2-输出/2-输入布尔逻辑门。

这些门中的五个被连接成一个层，用6个输出和6个输入继续执行所需的计算出来。但是意味着一层无法已完成计算出来。忽略，一系列功能完全相同的层，其中一个层的输入相连到另一个层的输出，递归地继续执行计算出来，直到获得一个答案。

我们可以这么解读：随着一层又一层的相连，算法最后编织了一个包括计算出来过程的纳米级围巾。温弗里（Winfree）和他的团队把这些电路抽象地想象成四方形的瓦片，瓦片两边都有固定装置，只容许它们相连到具有有序装置的瓦片上，就像积木。计算机的全套指令由355种有所不同类型的瓦片构成。

实质上，每块瓦片上并非1条DNA单链而是4条，这样就减少了充足的余地来解决意想不到的错误。为了使计算出来有序展开（本质上是制备一种可以计算出来的晶体），研究人员必须某种既可以作为起点，又能支撑DNA展开装配的结构。约米安•伍兹(Damien Woods)曾专门从事DNA计算机研究，现在就任于爱尔兰的梅努斯大学。

他说道，“我们想要让DNA有序地相连在一起构成电路，而不是像在溶液里一样随机硬在一起。这种DNA用于了一种叫作DNA折纸的技术，设计成一个长150纳米，长20纳米的纳米管。计算出来晶体在纳米管上展开装配，方式类似于冰糖在裹着糖衣的绳子上结晶。

录：图片来自Damien Woods/Maynooth University想在这台6位DNA计算机上运营一个程序，首先必须一个自定义编译器。“大量的点子和科学不会投放到编译器中，”伍兹如是说。它容许研究人员撰写任何他们想的软件算法，并通过各种抽象层次将算法切换为:逻辑到块、块到数据流子块、子块到DNA序列等等。最后，它产生了一个指南，即指导DNA序列加到的内容、时间、以及温度。

DNA折纸纳米管必须一到两个小时的时间来制备，而已完成计算出来则必须一天左右的时间。(温弗里认为，速度根本都不是重点。

)对于Winfree来说，这一结果是其职业生涯的众多变革。“对我来说，这是一段非常宽的路要回头，”他说道。

约25年前，当他还是一名研究生时，他对数学瓦片理论和理论计算机科学之间的不可思议联系产生了兴趣，他想要告诉这种联系否可以扩展到叙述晶体生长的模型上。“这让我十分奇怪，伪晶体否不会在生长过程中展开计算出来。

“现在我们告诉他们可以。(公众号：)录：本文编译器自IEEE Spectrum版权文章，予以许可禁令刊登。下文闻刊登须知。

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