13. Juni 2017
DNA-Computing ist da und es ist unglaublich
Die University of Manchester hat eine neue Computerform vorgestellt, die die Welt tiefgreifender verändern könnte als die Einführung des Internets, von Mobiltelefonen oder der Kernenergie. Ein Team unter der Leitung von Professor Ross D. King enthüllte im März eine superschnelle Computerform, die „wächst, während sie rechnet“. Es ist DNA-Computing und es ist fantastisch.
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Der Computer, der die Welt verändern wird, ist bereits da
Die University of Manchester hat eine neue Computerform vorgestellt, die die Welt tiefgreifender verändern könnte als die Einführung des Internets, von Mobiltelefonen oder der Kernenergie.
Ein Team unter der Leitung von Professor Ross D. King enthüllte im März eine superschnelle Computerform, die „wächst, während sie rechnet“.
Es klingt bizarr, aber das Manchester-Team verwandelte DNA-Stränge in die Grundlage eines Rechen- und Datenspeichersystems.
Das neue System hat das Potenzial, exponentiell schneller zu sein als moderne elektronische Computer und sogar schneller als die Quantencomputer, die erst jetzt auf den Markt kommen.
Der Grund ist, dass DNA-basierte Computer im Gegensatz zu elektronischen Computern gleichzeitig an zwei Antworten arbeiten können.
„Stellen Sie sich vor, ein Computer sucht in einem Labyrinth und kommt an einen Entscheidungspunkt, ein Weg führt nach links, der andere nach rechts“, erklärte Professor King von der School of Computer Science in Manchester. „Elektronische Computer müssen zuerst wählen, welchem Pfad sie folgen.“
„Aber unser neuer Computer muss nicht wählen, denn er kann sich selbst replizieren und beiden Pfaden gleichzeitig folgen, wodurch er die Antwort schneller findet.“
Die andere Form des Computings, die derzeit die Branche revolutioniert, ist der Quantencomputer.
Herkömmliche Computer rechnen mit Binärcode, sodass jede Dateneinheit oder jedes „Bit“ entweder eine 1 oder eine 0 ist.
Quantencomputer verwenden Qbits, die gleichzeitig 1 und 0 sein können, durch die bizarre und unscharfe Mathematik der Quantenmechanik.
Der Grund, warum das so leistungsfähig ist, liegt darin, dass klassische Computer, wenn sie eine Option gegen eine andere abwägen, diese separat betrachten müssen. Quantencomputer betrachten alle Optionen gleichzeitig, um zur Antwort zu gelangen, und sind daher exponentiell schneller und leistungsfähiger.
Wie könnte also ein Rechensystem schneller sein als ein Quantencomputer?
Wie King im März erklärte, können DNA-Computer Quantencomputer übertreffen, weil sie buchstäblich „wachsen“ können, während sie rechnen.
„Diese ‚magische‘ Eigenschaft ist möglich, weil die Prozessoren des Computers aus DNA und nicht aus Siliziumchips bestehen“, sagt King. „Alle elektronischen Computer haben eine feste Anzahl von Chips. Die Fähigkeit unseres Computers, während des Rechnens zu wachsen, macht ihn schneller als jede andere Computerform und ermöglicht die Lösung vieler Rechenprobleme, die zuvor als unmöglich galten.“
WIE SCHNELL IST SCHNELL?
Wie schnell reden wir also?
Die Antwort wird jeden, der auch nur die grundlegenden Konzepte des Computings versteht, umhauen.
DNA-Moleküle sind unglaublich klein, aber sie enthalten eine erstaunliche Menge an Informationen.
Bedenken Sie zum Beispiel, dass DNA-Moleküle alle Informationen enthalten, die zum Aufbau jeder Pflanze oder jedes Tieres auf der Erde, einschließlich aller Menschen, erforderlich sind.
Da DNA-Moleküle so klein sind, könnte ein Computer in Desktop-Größe potenziell mehr DNA-Computer-„Prozessoren“ verwenden als alle elektronischen Computer der Welt zusammen.
Ein solcher Computer würde die fortschrittlichsten Supercomputer der heutigen Zeit wie einen Taschenrechner aus den 1980er Jahren aussehen lassen.
Für den echten Geek, in diesen Worten: Ein moderner und sehr hochwertiger Personal Computer kann heute einige Terabyte Daten speichern und verarbeiten, während ein DNA-Computer mit 100 Milliarden Terabyte arbeiten könnte, und all dieser Speicher wäre in einem einzigen Gramm DNA enthalten.
WAS IST DER HAKEN?
Bevor Sie zu Best Buy rennen und nach dem neuesten DNA-Computer suchen, sollten Sie wissen, dass diese Forschung und Entwicklung in einem sehr frühen Stadium ist.
Der erfolgreiche Test dieser neuen Art des Computings ist in der Tat ein historisches Ereignis … aber ein praktischer Computer, der von Unternehmen oder Einzelpersonen genutzt werden kann, ist noch lange nicht in Sicht.
Derzeit kostet die Kodierung eines einzelnen Megabytes an Daten in DNA etwa $12,500 USD.
Aber wie bei jeder Technologie sinken die Kosten sehr schnell, wenn Forscher und dann die Industrie beginnen, die Maschinen hochzuskalieren.
DNA ist die zuverlässigste bekannte Methode zur Speicherung von Informationen … und muss es sein, um sicherzustellen, dass, wenn sie eine Mücke oder ein menschliches Baby produziert, das resultierende „Produkt“ ohne lähmende Fehler und Mutationen entsteht.
Ein gutes Beispiel ist die Sequenzierung von Genomen.
Die Fähigkeit, das gesamte Genom eines lebenden Organismus zu sequenzieren, war vor nicht allzu langer Zeit technisch unmöglich, und als die Sequenzierung entwickelt wurde, kostete es unglaubliche $2.7 billion, das Genom eines lebenden Organismus zu sequenzieren.
Jetzt sind diese Kosten auf weniger als $1,000 gesunken … in einigen Fällen sogar auf nur $280!
Die Kostenbarriere beim DNA-Computing ist sehr ähnlich. Nachdem Forscher nun verstehen, wie man Daten speichert und Probleme mit einem DNA-Computer berechnet, besteht die Hauptaufgabe darin, die Effizienz zu steigern und die Kosten zu senken.
Und das ist wirklich nur eine Frage des Wann, nicht des Ob.
WIE WIR HIERHER GEKOMMEN SIND UND WOHIN WIR GEHEN
Was das Team der University of Manchester neu gemacht hat, war die Einführung des Konzepts des DNA-Computings, aber die DNA-Datenspeicherung war bereits entwickelt worden.
Auch das ist ziemlich neu und zu teuer, um praktisch zu sein, aber 2012 speicherte der Wissenschaftler George Church launisch 70 Milliarden Kopien seines Buches „Regenesis: How Synthetic Biology Will Reinvent Nature and Ourselves in DNA“ auf DNA-Strängen von der Größe eines Daumennagels.
Das sind so viele Daten, dass es viele Lebenszeiten dauern würde, sie zu lesen.
Das geschah 2012 und war zu dieser Zeit die effizienteste Nutzung von DNA zur Datenspeicherung.
Jetzt verlagert sich die DNA-Speicherung und -Berechnung aus den Universitätslaboren in die Entwicklungszentren von Unternehmen.
Letztes Jahr kaufte Microsoft zehn Milliarden DNA-Stränge von Twist BioScience, um mit der Datenspeicherung zu experimentieren.
Twist BioScience ist ein in San Francisco ansässiges Startup, das ein Verfahren zur Herstellung synthetischer DNA zu reduzierten Kosten und in großem Maßstab für die Datenspeicherung entwickelt hat.
Microsoft und Twist sagen beide, dass die Speicherung von Daten auf DNA weitaus zuverlässiger und stabiler ist als die Speicherung von Daten auf einem Siliziumchip.
„Heute wird die überwiegende Mehrheit der digitalen Daten auf Medien gespeichert, die eine begrenzte Haltbarkeit haben und regelmäßig neu kodiert werden müssen. DNA ist ein vielversprechendes Speichermedium, da sie eine bekannte Haltbarkeit von mehreren tausend Jahren hat, ein permanentes Speicherformat bietet und zu kontinuierlich sinkenden Kosten gelesen werden kann“, sagt Twist CEO Emily Leproust.
„Unsere siliziumbasierte DNA-Syntheseplattform bietet unübertroffene Skalierbarkeit und Produktqualität, die die Fähigkeit, DNA zu Kosten zu schreiben, die die Datenspeicherung ermöglichen, erheblich beschleunigt.“
Microsofts leitender Forscher Doug Carmean sagt, die neue Technologie sei die Zukunft des Computings und der Datenspeicherung: „Wir sind noch Jahre von einem kommerziell rentablen Produkt entfernt, aber unsere frühen Tests mit Twist zeigen, dass wir in Zukunft die Dichte und Haltbarkeit der Datenspeicherung erheblich erhöhen können.“
DAS UNBEGRENZTE POTENZIAL DES DNA-COMPUTINGS
Obwohl das DNA-Computing noch in den Kinderschuhen steckt, ist das Potenzial für jedermann sichtbar.
Heute beginnen auch Entwicklungen in der Künstlichen Intelligenz und der Intelligenzaugmentation an Fahrt aufzunehmen.
Entwickler bauen Computer, die lernfähig sind, und glauben, dass ein wirklich intelligenter Computer oder Roboter innerhalb des nächsten Jahrzehnts existieren könnte.
Gleichzeitig entwickeln Entwickler wie Elon Musk von Tesla Wege, die menschliche Intelligenz erheblich zu erweitern, indem sie das Gehirn mit verbundenen Computern augmentieren.
Zum Beispiel entwickelt Musk ein „neuronales Geflecht“, das durch die Halsvene eingeführt wird und sich dann entfaltet, um eine neuronale Schnittstelle zwischen Geist und Computer zu schaffen.
Im Moment werden diese Technologien mit siliziumbasierten elektronischen Computern gebaut.
Würden sie mit einem DNA-Computer konstruiert, könnte ein verbesserter Mensch buchstäblich alle Informationen, die derzeit im Internet gespeichert sind, in DNA-Strängen von der Größe eines kanadischen Vierteldollarstücks tragen und darauf zugreifen.
Verbesserte Menschen oder künstlich intelligente Computer könnten komplexe mathematische Gleichungen sofort berechnen, mehrere Fremdsprachen sprechen oder fortgeschrittene chemische Verbindungen in Sekunden analysieren.
Der durchschnittliche, nicht verbesserte Mensch wäre im Vergleich dazu etwa so klug wie eine Hauskatze.
Kurz gesagt, die Entwicklung des DNA-Computings – kombiniert mit Fortschritten in der Nanotechnologie – wird die Welt auf Weisen verändern, die wir heute noch nicht einmal erfassen können.
Von Gary Symons, Equedia
