Нарешті перший «живий» комп'ютер з білків - повільні та енергозатратні кремнієві скоро підуть на "пенсію"

Обчислювальний пристрій, зовсім несхожий на звичні нам кремнієві мікросхеми, може стати основою для суперкомп'ютера розміром зі звичайний планшет. І майже «живого»: працювати він буде завдяки білкам і енергії АТФ – як всі живі організми. про це повідомляють Патріоти України з посиланням на Журнал Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).

Журнал Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) публікує статтю професора Дена Ніколау (Dan Nicolau) і його співавторів, у якій описана концепція «біокомп'ютера», здатного до неймовірно швидкої паралельної обробки даних. Автори створили і діючий прототип такої системи, яка не тільки більш компактна, але і більш економічна, ніж звичайний комп'ютер.

Ідея з'явилася ще близько 10 років тому, і за час роботи над нею до професора Ніколау з американського Університету Макгілла приєдналися колеги з Німеччини, Швеції, Нідерландів. «Все почалося з начерку на обгортковому папері, – каже вчений, – що з'явився, напевно, після зайвого ковтка рому і схожого на крихітних черв'яків в лабіринті». Сьогодні такий лабіринт готовий.

Це крихітний – близько 1,5 см в поперечнику – квадратний «біочіп» з вигравіруваними на поверхні діагональної сітки канавками. Уздовж канавок рухаються білки, запозичені у внутрішнього скелета живої клітини, – тубуліну мікротрубочок і актин мікрофіламентів. Як і в клітці, переміщення виробляють білкові «мотори», закріплені на внутрішній поверхні канавок міозином (актином) і кінезином (тубулином). Енергію для їх руху поставляє розчинений у середовищі аденозинтрифосфат (АТФ). Автори відзначають, що така система працює при звичайній температурі і не вимагає великих енерговитрат.

Як можна зрозуміти, саме обчислення «закодовано» в геометричній структурі мережі канавок, рух білків з яких призводить до вирішення, як в деяких неелектронних комп'ютерах минулого. Автори описують приклад такої структури для вирішення певної задачі про суму підмножин.

Агенти-білки надходять на вхід і можуть залишати мережу на одному з виходів, кожному з яких відповідає число-рішення. При цьому деякі розвилки в мережі мають V-подібну форму, де з 50-відсотковою ймовірністю білок може повернути наліво або направо. Один варіант додасть число до суми, інший – забере її, тому що білок в підсумку виявиться на виході, номер якого відповідає підсумковій цифрі.

Актинові філаменти і тубулінові мікротрубочки відрізняються невеликими розмірами (діаметр близько 10 і 25 нм відповідно) і здатні швидко переміщатися по напрямках діагональної сітки (5-10 мкм/с і 0,5–1 мкм/с). Це робить їх відмінними агентами для комбінаторних обчислень. Така система теоретично здатна проводити вирішення комбінаторних задач на порядки швидше традиційних електронних мікросхем.

Можливо, «біокомпьютер» зуміє вирішити проблему про рівність класів P і NP, яка залишається одним з математичних «завдань тисячоліття»