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DNA计算机
日期: 2001年07月24日 00:00       来源:科技部
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  用一个盛着液体的试管解答一道数学题?听起来像是天方夜谭,可这却真真切切的发生了。

  1994年,艾得尔曼教授用一支试管解答了著名的货郎担问题:一个推销员要去7个城市推销产品。走遍这7个城市有许多种方案可以选择,哪一种是最短路线呢?

  艾得尔曼教授将一些特殊的DNA链装入试管,DNA链根据碱基互补的原则算出了答案。这个实验花了整整七天的时间。

  艾得尔曼教授的实验震惊了世界。人们看到了DNA计算的诱人前景。DNA体积小,一微升溶液中可以容纳十万亿条DNA,每一个DNA都可以看成是一个微处理器。虽然目前DNA计算处于劣势,但如果增加城市的数目,16个城市,电子计算机就要算一年,如果有18个城市,电子计算机就要算300年。它的计算量是呈指数性增加的。而DNA计算只呈线性增加,在 十几天内就可以算出答案。

  DNA的计算并行度是非常大的 ,在一毫升的DNA溶液中,可以容纳十的十八次方条DNA 。每条DNA都可以看成是一个微处理器。这样的话,虽然生化反应是在一小时之内完成的,每秒钟的运算量还可以达到十的十五次方。现在最快的计算机每秒钟的运算速度是十的十二次方。这样的话,DNA计算要比最快的计算机还要快一千倍。

  DNA体积很小,但存储的信息量却很大。一克DNA所能存储的信息量可与1万亿张CD光盘相当,远大于现有的计算机存储芯片和其它存储介质。

  虽然DNA计算很吸引人,但近期还不能投入应用,瓶颈在哪呢?首先是信息的输入、输出问题。要想看到DNA计算的结果,要先扩增,再做电泳。这些都需要很长的时间。艾得尔曼教授的实验之所以用了七天,其中大部分时间就是用在这些上面了。现在由于生物技术的发展,做同样的实验只要用几小时,但仍不理想。我们期待着生物技术的进一步提高。DNA计算的优势在于并行度大。一个试管里可以容纳数以亿计的DNA同时进行生化反应,每一个DNA都是一个微处理器,这就相当于上亿个微处理器在同时工作。如果要增加并行度,就要增加DNA的数目,但也不能无限制的增加。达到溶液饱和度后,要想再增加DNA的数目,就只能增加溶液体积。随着运算量的增加,溶液体积也随之增加。最后就要一个水缸甚至一个游泳池才行。试想,用一个游泳池的溶液做计算,实在是太不方便了。也许在21世纪,科学家能找到解决这些问题的方法。

  目前DNA计算机还称不上是真正意义上的计算机。看上去它只不过是一些盛有液体的试管。它更象是算盘,很初级,需要人的协助才能完成计算。但这个很原始的DNA计算机却代表了人类更高的智慧。

  科学的发展使一个个不可能成为可能。未来的计算机将突破以硅为基础的图灵机的形式,以人们做梦都想象不到的形式展现在我们眼前。

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