Вычислительное устройство, совсем непохожее на привычные нам кремниевые
микросхемы, может стать основой для суперкомпьютера размером с обычный
планшет. И почти «живого»: работать он будет благодаря белкам и энергии
АТФ – как все живые организмы.


Журнал Proceedings
of the National Academy of Sciences (PNAS) публикует статью профессора
Дэна Николау (Dan Nicolau) и его соавторов, в которой описана концепция
«биокомпьютера», способного к невероятно быстрой параллельной обработке
данных. Авторы создали и действующий прототип такой системы, которая не
только более компактная, но и более экономичная, чем обычный компьютер.

Идея
появилась еще около 10 лет назад, и за время работы над ней к
профессору Николау из американского Университета Макгилла присоединились
коллеги из Германии, Швеции, Нидерландов. «Все началось с наброска на
оберточной бумаге, – говорит ученый, – появившегося, наверное, после
лишнего глотка рома и похожего на крошечных червей в лабиринте». Сегодня
такой лабиринт готов.

Это крошечный – около 1,5 см в
поперечнике – квадратный «биочип» с выгравированной на поверхности
диагональной сеткой канавок. Вдоль канавок движутся белки,
позаимствованные у внутреннего скелета живой клетки, – тубулин
микротрубочек и актин микрофиламентов. Как и в клетке, перемещение
производят белковые «моторы», закрепленные на внутренней поверхности
канавок миозином (актином) и кинезином (тубулином). Энергию для их
движения поставляет растворенный в среде аденозинтрифосфат (АТФ). Авторы
отмечают, что такая система работает при обычной температуре и не
требует больших энергозатрат.

Как можно понять, само вычисление
«закодировано» в геометрической структуре сети канавок, движение белков
по которым приводит к решению, как в некоторых неэлектронных компьютерах
прошлого. Авторы описывают пример такой структуры для решения известной
задачи о сумме подмножеств.

Агенты-белки поступают на вход и
могут покидать сеть на одном из выходов, каждому из которых
соответствует число-решение. При этом некоторые развилки в сети имеют
V-образную форму, где с 50-процентной вероятностью белок может повернуть
налево или направо. Один вариант прибавит число к сумме, другой –
отнимет ее, так что белок в итоге окажется на выходе, номер которого
соответствует итоговой цифре.

Актиновые филаменты и тубулиновые
микротрубочки отличаются небольшими размерами (диаметр около 10 и 25 нм
соответственно) и способны быстро перемещаться по направляющим
диагональной сетки (5–10 мкм/с и 0,5–1 мкм/с). Это делает их отличными
агентами для комбинаторных вычислений. Такая система теоретически
способна проводить решение комбинаторных задач на порядки быстрее
традиционных электронных микросхем.
http://earth-chronicles.ru/news/2016-03-07-89791