ДНК компютър прави 100-битови изчисления без ток

Изследователи от Maynooth University в Ирландия публикуваха на 16 септември 2026 г. в Nature молекулярен компютър, съставен изцяло от ДНК нишки във вода със сол, който извършва умножение, деление и събиране без непрекъснато електрозахранване. Най-сложната демонстрация е събиране на две 25-битови числа — изчисление, което авторите описват като 100-битово. Статията носи заглавието „A thermodynamically favoured molecular computer“ (DOI 10.1038/s41586-026-10996-5).

Авторите са проф. Дамиен Уудс, д-р Абир Ешра, д-р Тристан Стерен, д-р Константин Еванс и Джанет Адио — студентка в бакалавърска програма, която е съавтор на публикация в Nature. Работата е от Hamilton Institute и катедрата по компютърни науки на университета.

Снимка: Maynooth University

Как сметките се случват сами

Системата се нарича Scaffolded DNA Computer. В епруветка се смесват дълга ДНК нишка — скеле, взето от бактериофага M13 — и хиляди къси нишки („плочки“), които носят както входните данни, така и самата програма. Разтворът се нагрява до около 80 °C, след което се охлажда бавно.

При охлаждането късите нишки се състезават за позициите по скелето. Всяка позиция има 24-базов адрес, а изчислителната част на плочката е 12 бази, като за едно място могат да се борят до 64 различни варианта. Печели онази комбинация, която дава най-стабилната структура — и точно тази структура е отговорът.

„Молекулите взаимодействат, образуват структура и тази структура е отговорът. Едно от основните ни нововъведения е, че системата намира отговора естествено, без нужда от непрекъснат приток на енергия“, обяснява Уудс в съобщението на университета.

Тук е и техническата разлика с предишните ДНК компютри. Повечето от тях работят извън равновесие и изразходват „гориво“ — специални нишки, които се консумират при всяка стъпка. При ирландската система изчислението върви в посоката, в която термодинамиката така или иначе тегли разтвора, тоест към равновесие. Топлината само стартира процеса.

Числата: от 30 секунди до 14 часа

Екипът е пуснал десет различни програми. Сред тях са копиране на бит, проверка за четност на 8 бита, умножение по 3, деление на 2, недетерминиран автомат с три състояния, брояч, клетъчният автомат Rule 110, търсене на път в граф, проверка на балансирани скоби и двоично събиране от 4 до 25 бита.

Скоростта зависи силно от задачата. Просто събиране от типа 10 + 3 приключва за около 30 секунди при бърз температурен профил. Големите изчисления обаче изискват много по-плавно охлаждане: събирането на числа в диапазона от около 11 до 34 милиона отнема до 14 часа. Типичният протокол в статията е спад от 80 °C до 20 °C за три часа.

Точността е по-добра, отколкото мнозина биха очаквали от химия в епруветка — средният добив при тричасовите протоколи е около 95%, а конкретно при събирането — близо 97%. Грешките се появяват като временни несъответствия, които са термодинамично неизгодни и системата сама ги замества с правилната плочка.

Важно е и че епруветката се използва повторно: изследователите са прекарали през един и същ разтвор до 25 последователни изчисления, добавяйки нови входни нишки и блокиращи комплементи.

Снимка: The Debrief

Защо това има значение

Не заради скоростта — и авторите не твърдят подобно нещо. „Реакцията в епруветката е бърза, но не колкото силиция, нито е замислена да бъде. В сравнение с други ДНК компютри обаче нашият е най-бързият“, казва Ешра.

Мотивацията е енергийна. „Компютрите на силициева основа консумират толкова много енергия — 23% от електричеството на Ирландия отива за изчисления и съхранение на данни“, посочва Уудс. Това е контекстът, в който всяко изчисление, вървящо без постоянно захранване, е интересно — докато индустрията от една страна търси нови начини да изстиска още от силиция, а от друга налива милиони в нови източници на енергия за дата центрове.

Капка течност съдържа милиарди, понякога трилиони нишки, което означава огромен паралелизъм в нищожен обем. Реалистичните приложения, които екипът посочва, са дълготрайно съхранение на данни и в по-далечна перспектива молекулярни системи, работещи вътре в клетки — например за разпознаване на заболявания. Проектът се финансира с €4 млн. от European Innovation Council по програмата DISCO (DNA-based Infrastructure for Storage and Computation).

Заключение

Резултатът не е заместител на процесора в компютъра ви и няма да бъде. Той е доказателство, че сложно, многобитово изчисление може да се проведе като спонтанен химичен процес — надеждно, повторяемо и с грешка под 5%. Дотук ДНК изчисленията бяха предимно демонстрации с няколко бита; 25-битовото събиране и десетте програми издигат летвата значително. Следващата смислена стъпка е не повече битове, а по-кратко време за същите битове.