将 DNA 转化为逻辑门

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让 DNA 执行计算技巧的想法并不新鲜。这些数据丰富的分子在许多方面都非常适合这项工作。1994 年,南加州大学的 Leonard Adleman 公开展示了 DNA 的潜力,证明 DNA 可以解决著名的“旅行推销员”问题。现在,纽约大学的 Nadrian C. Seeman 和他的同事们找到了一种巧妙的新方法,诱导 DNA 链模仿异或 (XOR) 逻辑门。

二进制逻辑门将输入的 1 和 0 转化为输出的 1 和 0,构成了数字计算机的中央处理器。几乎任何复杂的计算都可以通过一系列逻辑门分解为更小的步骤。对于异或门而言,规则很简单:当两个相同的数字进入门时,输出为 0;两个不同的输入数字返回 1(参见图示)。在最新的 DNA 计算案例中,输入被单链分子取代,它们彼此如何结合——碱基配对到碱基配对——决定了运算。本质上,所使用的输入分子集合设置了问题;一旦完成,答案就会在一步中自组装。Seeman 团队估计错误率低至 2% 到 5%。


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这种试管计算器即使在将来也不会取代您的桌面电脑。但作者们确实认为它可能会找到一些专门的应用。两组分子混合后,可能会揭示解密秘密信息的密钥,并且额外的安全性将来自于分子只能混合一次这一事实。此外,他们写道,DNA 可能被“编程”以帮助自组装智能材料。

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