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科学家们已经找到了这种制造下一代微处理器所需的新材料，但是它的出处可能令您难以置信。无数的天然超级计算机就存在于有生命的生物体内，这其中也包括您的身体。DNA（脱氧核糖核酸）分子，也就是组成我们的基因的材料，就具有执行计算工作的潜力，而且其计算速度要比当今世界最强大的人造计算机快上许多倍。也许有一天，DNA会被用于集成到计算机芯片中，制造出所谓的生物芯片并使计算机运行得更快。现在，DNA分子已经被用来解决一些复杂的数学问题。 尽管仍处于初期阶段，但是DNA计算机已经可以存储数十亿倍于个人计算机的数据。在本文中，您将了解科学家如何使用遗传材料制造可能在下一个十年中取代硅计算机地位的纳米计算机。 目前，在您所在地的电子设备商店中还无法买到DNA计算机。该技术目前仍处于研发阶段，而且在十年前甚至还不存在DNA计算机这个概念。1994年，雷纳德•阿德勒曼（Leonard Adleman）介绍了使用DNA解决复杂数学问题这一想法。阿德勒曼是南加州大学的计算机学家，在阅读了《基因分子生物学》（Molecular Biology of the Gene）这本书之后，他得出了这样一个结论，即DNA具有执行计算工作的潜能。这本书是由曾与他人一起在1953年发现了 DNA结构的詹姆士•沃森撰写的。实际上，DNA存储永久性基因信息的方式与计算机的硬盘驱动器十分相似。 人们经常将阿德勒曼称作“DNA计算机之父”。他在1994年的一期科学杂志上发表了一篇文章，大致介绍了如何使用DNA来解决有向汉密尔顿路径问题这个著名的数学难题，该问题也称作“旅行售货员”问题。这个数学难题的目标是找出众多城市间的最短路径，而且每个城市只能经过一次。随着在问题中添加更多的城市，这个问题也变得越来越难以解决。阿德勒曼选择查找七个城市间的最短路径。 您可以在纸上画出这个问题并得出答案，速度要比阿德勒曼使用其DNA试管计算机更快。以下是在阿德勒曼DNA计算机实验中执行的步骤： 在阿德勒曼进行该实验三年之后，罗切斯特大学的研究人员研发出了使用DNA制造的逻辑门。逻辑门是计算机得以根据您的命令执行各项功能的重要部件。这些逻辑门可将计算机中的二进制代码转换为计算机用来执行操作的一系列信号。目前，逻辑门可解释来自硅晶体管的输入信号，并将这些信号转换为允许计算机执行复杂功能的输出信号。 罗切斯特大学研究团队开发的DNA逻辑门是人类朝制造出类似于电子PC的计算机迈出的第一步。不同于使用电子信号来执行逻辑操作，这些DNA逻辑门依靠DNA代码来执行操作。它们检测作为输入的遗传材料片段，并将这些片段接合在一起形成单个输出。例如，称为“与门”的遗传门以化学手段将两个DNA输入绑定在一起，将它们链接起来，以便按照一种端到端的结构将它们锁定，这类似于在两个乐高拼装玩具之间使用第三个乐高拼装玩具来固定它们。研究人员相信，这些逻辑门可以组合到DNA微芯片中，从而实现DNA计算机领域的突破。 DNA计算机组件（逻辑门和生物芯片）还需要数年的时间才能发展为实用、可工作的DNA计算机。科学家说，如果真的制造出这种计算机，它将比传统计算机更小巧、更准确和更高效。在下一节中，我们将看看DNA计算机如何超越其硅计算机前辈，以及它能执行哪些任务。 在过去的40多年中，硅微处理器一直是计算世界的核心。当时，制造商们都努力将更多的电子元件集成到微处理器中。根据摩尔定律，微处理器上的电子元件数量每18个月会增长一倍。摩尔定律是以英特尔的创始人戈登•摩尔的名字命名的，他于1965年预言微处理器的复杂程度每两年会增加一倍。许多人都预测说摩尔定律将很快失效，因为用硅制造的微处理器在物理速度和小型化方面都存在极限。 DNA计算机具备将计算技术推向新高的潜力，将在摩尔定律不再适用时继续发展。使用DNA代替硅具有以下几点优势： 与传统计算机不同，DNA计算机的计算是并行执行的。传统计算机进行线性操作，一次只能处理一项任务。并行计算使得DNA能在数小时内求解出复杂数学问题的答案，如果使用电子计算机，则需要花费数百年的时间才能完成这些问题。 第一代DNA计算机不太可能提供字处理、电子邮件和纸牌游戏这样的程序。然而，它们的强大能力将用于破解密码这样的国家和政府重大事务上，航空公司也可以使用它更有效地规划航线。此外，研究DNA计算机的工作还可以让我们对人脑这个更复杂的计算机有更深刻的认识。 博闻网相关文章
在您读这篇文章的时候，计算机芯片制造商可能正在加班加点，力争率先制造出可颠覆计算速度记录的下一款微处理器。但是，这种竞赛迟早会走到尽头。因为使用硅制造的微处理器在速度和尺寸上最终都会达到它的极限。因此芯片制造商需要一种能够产生更快计算速度的新材料。
阿德勒曼DNA计算机的成功证明了DNA可以用来计算复杂的数学问题。但是，早期的DNA计算机在速度上还无法对使用硅制造的计算机形成挑战。虽然阿德勒曼DNA计算机可以迅速求解出一组可能的答案，但是他却需要花费几天的时间来缩小可能答案的范围。他的DNA计算机的另一个缺陷就在于：它需要人的帮助。而DNA计算领域的目标是制造出能够脱离人的干预而独立运行的设备。
DNA应用到计算机领域的最主要优点是，它可以使计算机变得前所未有的小巧，同时还能够存储更多数据。450克重的DNA所能够存储的信息超过了当前所有电子计算机能够存储的信息；由于使用了DNA逻辑门，像泪滴那样大小的DNA计算机的计算能力就能远远高于目前世界上最强大的超级计算机。在不超过1立方厘米的体积内，能够容纳超过10万亿个DNA分子。而借助这么少量的DNA，计算机能够存储10T的数据，并能同时执行10万亿次计算。通过添加更多的DNA，还可以执行更多次计算。
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