13 июня 2017 года
ДНК-вычисления уже здесь, и это невероятно
Манчестерский университет представил новую форму компьютера, которая может изменить мир более глубоко, чем появление Интернета, мобильных телефонов или ядерной энергетики. Команда под руководством профессора Росса Д. Кинга представила в марте сверхбыструю форму компьютера, который «растет по мере вычислений». Это ДНК-вычисления, и это потрясающе.
5 минут чтения
Всего
1
Репосты
Компьютер, который изменит мир, уже здесь
Манчестерский университет представил новую форму компьютера, которая может изменить мир более глубоко, чем появление Интернета, мобильных телефонов или ядерной энергетики.
Команда под руководством профессора Росса Д. Кинга представила в марте сверхбыструю форму компьютера, который «растет по мере вычислений».
Это звучит странно, но команда из Манчестера превратила нити ДНК в основу системы вычислений и хранения данных.
Новая система потенциально может быть экспоненциально быстрее современных электронных компьютеров и даже быстрее квантовых компьютеров, которые только сейчас выходят на рынок.
Причина в том, что, в отличие от электронных компьютеров, компьютеры на основе ДНК могут работать над двумя ответами одновременно.
«Представьте, что компьютер ищет выход из лабиринта и доходит до точки выбора: один путь ведет налево, другой — направо», — объяснил профессор Кинг из Школы компьютерных наук Манчестера. «Электронным компьютерам нужно сначала выбрать, по какому пути следовать.
«Но нашему новому компьютеру не нужно выбирать, потому что он может реплицировать себя и следовать обоим путям одновременно, тем самым находя ответ быстрее».
Другая форма вычислений, которая в настоящее время революционизирует индустрию, — это квантовый компьютер.
Обычные компьютеры вычисляют, используя двоичный код, поэтому каждая единица данных, или «бит», представляет собой либо 1, либо 0.
Квантовые компьютеры используют кубиты, которые могут быть одновременно 1 и 0, благодаря причудливой и нечеткой математике квантовой механики.
Причина такой мощности в том, что когда классические компьютеры рассматривают один вариант против другого, они должны рассматривать их по отдельности. Квантовые компьютеры рассматривают все варианты одновременно, чтобы найти ответ, и поэтому они экспоненциально быстрее и мощнее.
Итак, как любая вычислительная система может быть быстрее квантового компьютера?
Как объяснил Кинг в марте, ДНК-компьютеры могут превосходить квантовые компьютеры, потому что они буквально «растут» по мере вычислений.
«Это «магическое» свойство возможно потому, что процессоры компьютера сделаны из ДНК, а не из кремниевых чипов», — говорит Кинг. «Все электронные компьютеры имеют фиксированное количество чипов. Способность нашего компьютера расти по мере вычислений делает его быстрее любой другой формы компьютера и позволяет решать многие вычислительные задачи, ранее считавшиеся невозможными».
НАСКОЛЬКО ЭТО БЫСТРО?
Итак, о какой скорости идет речь?
Ответ, для любого, кто понимает даже базовые концепции вычислений, поразит вас.
Молекулы ДНК невероятно малы, но они содержат ошеломляющее количество информации.
Рассмотрим, например, что молекулы ДНК содержат всю информацию, необходимую для построения любого растения или животного на Земле, включая всех людей.
Поскольку молекулы ДНК настолько малы, настольный компьютер потенциально мог бы использовать больше «процессоров» ДНК-компьютера, чем все электронные компьютеры мира вместе взятые.
Такой компьютер заставил бы самые передовые суперкомпьютеры мира сегодня выглядеть как карманный калькулятор из 1980-х годов.
Для настоящего гика, выражаясь этими терминами: современный и очень высокопроизводительный персональный компьютер сегодня может хранить и работать с несколькими терабайтами данных, в то время как ДНК-компьютер мог бы работать со 100 миллиардами терабайт, и все это хранилище содержалось бы в одном грамме ДНК.
В ЧЕМ ПОДВОХ?
Прежде чем бежать в Best Buy за новейшим ДНК-компьютером, поймите, что эти исследования и разработки находятся на очень ранней стадии.
Успешное испытание этого нового типа вычислений действительно является историческим событием… но до практического компьютера, который может использоваться компаниями или частными лицами, еще далеко.
В настоящее время кодирование одного мегабайта данных в ДНК стоит около $12,500 USD.
Но, как и в случае с любой технологией, затраты очень быстро снижаются по мере того, как исследователи, а затем и промышленность начинают масштабировать машины.
ДНК — это самый надежный известный метод хранения информации… и это должно быть так, чтобы гарантировать, что при создании комара или человеческого ребенка полученный «продукт» создается без критических ошибок и мутаций.
Хорошим примером является секвенирование геномов.
Возможность секвенировать весь геном живого организма была технически невозможна не так давно, и когда секвенирование было разработано, оно стоило ошеломляющие $2.7 миллиарда для секвенирования генома живого организма.
Теперь эта стоимость упала до менее чем $1,000… в некоторых случаях до $280!
Ценовой барьер в ДНК-вычислениях очень похож. Теперь, когда исследователи понимают, как хранить данные и решать задачи с помощью ДНК-компьютера, основной задачей является повышение эффективности и снижение стоимости.
И это действительно лишь вопрос времени, а не того, произойдет ли это.
КАК МЫ СЮДА ПРИШЛИ И КУДА ИДЕМ
Что нового сделала команда Манчестерского университета, так это представила концепцию ДНК-вычислений, но хранение данных на ДНК уже было разработано.
Даже это довольно ново и слишком дорого, чтобы быть практичным, но в 2012 году ученый George Church причудливо сохранил 70 миллиардов копий своей книги ‘Regenesis: How Synthetic Biology Will Reinvent Nature and Ourselves in DNA’ на нитях ДНК размером с ноготь большого пальца.
Это так много данных, что на их прочтение потребовалось бы много жизней.
Это произошло в 2012 году и на тот момент было самым эффективным использованием ДНК для хранения данных.
Теперь хранение и вычисления на ДНК перемещаются из университетских лабораторий в корпоративные центры разработки.
В прошлом году Microsoft приобрела десять миллиардов нитей ДНК у Twist BioScience для экспериментов с хранением данных.
Twist BioScience — это стартап из Сан-Франциско, который разработал процесс создания синтетической ДНК с уменьшенной стоимостью и масштабом для хранения данных.
Microsoft и Twist обе заявляют, что хранение данных на ДНК гораздо надежнее и стабильнее, чем хранение данных на кремниевом чипе.
«Сегодня подавляющее большинство цифровых данных хранится на носителях с ограниченным сроком службы, которые периодически нуждаются в перекодировании. ДНК является перспективным носителем информации, поскольку имеет известный срок хранения в несколько тысяч лет, предлагает постоянный формат хранения и может быть прочитана при постоянно снижающихся затратах», — говорит генеральный директор Twist Emily Leproust.
«Наша платформа синтеза ДНК на основе кремния предлагает беспрецедентный масштаб и качество продукта, что значительно ускоряет возможность записи ДНК по цене, позволяющей хранить данные».
Старший исследователь Microsoft Doug Carmean говорит, что новая технология — это будущее вычислений и хранения данных: «Мы все еще в нескольких годах от коммерчески жизнеспособного продукта, но наши ранние тесты с Twist демонстрируют, что в будущем мы сможем значительно увеличить плотность и долговечность хранения данных».
НЕОГРАНИЧЕННЫЙ ПОТЕНЦИАЛ ДНК-ВЫЧИСЛЕНИЙ
Хотя ДНК-вычисления находятся в зачаточном состоянии, их потенциал виден каждому.
Сегодня также начинают развиваться искусственный интеллект и дополнение интеллекта.
Разработчики создают компьютеры, способные к обучению, и считают, что по-настоящему интеллектуальный компьютер или робот может появиться в течение следующего десятилетия.
В то же время разработчики, такие как Elon Musk из Tesla, разрабатывают способы значительно увеличить человеческий интеллект, дополняя мозг связанными компьютерами.
Например, Musk разрабатывает «нейронное кружево», которое вводится через яремную вену, а затем разворачивается, создавая нейронный интерфейс между разумом и компьютером.
Прямо сейчас эти технологии строятся с использованием электронных компьютеров на основе кремния.
Если бы они были построены с использованием ДНК-компьютера, улучшенный человек мог бы буквально носить и получать доступ ко всей информации, хранящейся в настоящее время в Интернете, в нитях ДНК размером с канадскую монету в четверть доллара.
Улучшенные люди или искусственно интеллектуальные компьютеры смогли бы мгновенно вычислять сложные математические уравнения, говорить на нескольких иностранных языках или анализировать сложные химические соединения за секунды.
Средний неулучшенный человек был бы примерно так же умен, как домашняя кошка, по сравнению.
Короче говоря, развитие ДНК-вычислений в сочетании с достижениями в нанотехнологиях изменит мир такими способами, которые мы даже не можем себе представить сегодня.
Гэри Саймонс, Equedia
