محاسبه مبتنی بر DNA

DNA چیست؟

در بدن تمام موجودات زنده، در سطح ملكول، هم ذخیره سازی اطلاعات و هم پردازش اطلاعات در مقیاس بسیار بالا انجام می شود. تمام این عملیات مربوط به DNA بدن موجودات زنده است. مولكولهای DNA حاوی كدهای اطلاعاتی- ژنتیكی موجودات زنده هستند كه توسط پروتئینهای خاصی، خوانده و تفسیر می شوند. توان اجرایی این سیستم كه در قسمتهایی به آن اشاره می كنیم فوق العاده بالاست. حال اجازه دهید به منشا این ایده بپردازیم.

ژنتیك و انفورماتیك:

همانطور كه مطلع هستید از علم ژنتیك و علم انفورماتیك به عنوان بزرگترین انقلابهای علمی بشر نامبرده می شود. امروز علومی كه هیچگونه ربطی به یكدیگر نداشته اند، زمینه آمیزششان فراهم شده است.

نظریه دود 10 سال پیش در سال 1994 توسط لئونارد ادلمن «Leonard Adleman» با عنوان: “استفاده از DNA برای حل مجموعه ای از مسائل ریاضی”، مطرح شد. ادلمن كه استاد دانشگاه كالیفرنیای جنوبی است، پس از مطالعه كتاب «بیولوژی ملكولی ژنها» نوشته جیمز واتسن «James Watson» (دانشمندی كه در سال 1953 ساختار ژنها را كشف كرد) به این نتیجه رسید كه ساختار DNA، به صورت عام دارای توان محاسباتی «Compvting Potential» است.

مراحل الگوریتم ادلمن در حل مسئله مسیر مستقیم همیلتون اینگونه خواهد بود:

1- تولید راندوم راههای مختلف در گراف.

2- نگهداری راههایی كه با A شروع می شوند و به G ختم می شوند.

3- با توجه به اینكه گراف شامل 7 شهر می باشد، نگهداری تمام مسیرهایی كه از 7 شهر عبور كرده اند.

4- نگهداری تمام راههایی كه از تمام شهرها حداقل یك بارگذشته اند.

5- محاسبه سبك ترین وزن

6- راه باقی مانده جواب مساله خواهد بود.

جانشینی برای سیلیكون:

بیش از چهل سال است كه ریز پردازنده های سیلیكونی قلب محاسبات را تشكیل می دهند. طبق قانون مور «Moore's Law» در هر 18 ماه دیوایسهای CPU دو برابر خواهند شد. بسیاری از دانشمندان معتقدند قانون مور به نهایت خود نزدیك شده است به این مفهوم كه پردازنده های سیلیكونی چه از لحاظ متمركز سازی و چه از لحاظ سرعت بیش از این توان پیشرفت ندارند. تراشه هایی كه با DNA ساخته خواهند شد تراشه های بیولوژیكی «Bio-Chips» نام دارند. جایگزینی DNA با سیلیكون مزایای بیشماری دارد از جمله:

1- تا زمانی كه موجود زنده وجود داشته باشد منبع DNA تامین خواهد بود.

محاسبه از طریق DNA :

مقاله ادلمن پس از مدتی مورد توجه دانشمندان زیادی قرار گرفت از جمله دكتر دانلد بیور «Danald Beaver»، دكتر ریچارد لیپتون «Richard Lipton» و دن بن «Dan Boneh» و…. اما نقطه عطف بعدی 3 سال پس از نظریه ادلمن شكل گرفت، زمانی كه تیم محققان رچستر موفق به ساخت گیتهای منطقی بر پایه DNA شدند. پیدایش گیتهای DNA، پیشرفتی حیاتی محسوب می شدند از آنجا كه پایه محاسبات می‌باشند. در این گیتها به جای استفاده از سیگنال، از كدهای DNA استفاده می شود.