Vědci vytvořili DNA počítač, který nepotřebuje průběžnou energii
Čtvrtek 24. 09. 2026
Monika
Počítače dnes potřebují pro svůj provoz nepřetržitý přísun energie. Vědci z irské Maynooth University ale představili zcela odlišný přístup. V časopise Nature popsali DNA počítač, který výpočet provádí tím, že se jeho molekuly samovolně uspořádávají do energeticky výhodného stavu. K provedení výpočtu tak není potřeba průběžně dodávat energii stejným způsobem jako u klasického elektronického počítače.
Nový systém dostal název Scaffolded DNA Computer (SDC) a vědci na něm ověřili deset různých programů. Zvládne například násobení, dělení, detekci parity nebo sčítání 25bitových čísel. U menších úloh trvá výpočet méně než minutu. Experimenty přitom ukázaly, že některé programy lze s různými vstupy opakovaně spustit desítkykrát.
Místo elektřiny pracuje s molekulami DNA
Princip nového počítače je výrazně odlišný od toho, co známe z notebooků nebo serverů. Elektronické počítače musí neustále spotřebovávat energii, aby udržovaly svůj stav a prováděly jednotlivé operace. Výzkumníci se proto pokusili vytvořit systém, ve kterém je správný výsledek zároveň energeticky nejvýhodnějším stavem.
Základem SDC jsou molekuly DNA, které se vážou na připravenou DNA strukturu. Jejich vzájemné vazby jsou navrženy tak, aby správné uspořádání bylo energeticky výhodnější než chybné konfigurace. Molekuly se proto mohou postupně přesouvat směrem ke správnému výsledku, aniž by bylo nutné zavádět samostatný mechanismus pro neustálou opravu chyb.
Právě v tom spočívá hlavní rozdíl oproti běžným počítačům a také některým dřívějším molekulárním počítačům. Systém podle autorů využívá termodynamický proces, při kterém se výpočet přirozeně posouvá směrem k rovnovážnému stavu. Vědci tento přístup označují jako thermodynamically favoured computation, tedy výpočet zvýhodněný z hlediska termodynamiky.
Zvládne až 100bitový výpočet
Výzkumníci svůj koncept neověřovali pouze na jednoduchých příkladech. Celkem provedli více než 700 výpočtů a systém testovali s binárními vstupy až do délky 50 bitů. Samotný výpočet může mít až 100 bitů. Jedním z demonstrovaných úkolů bylo například sčítání 25bitových čísel.
U menších úloh se systém dostal pod hranici jedné minuty. Při větším měřítku ale rychlost klesá. Nature například uvádí, že některé programy byly úspěšně opakovány až 25krát s různými vstupy, zatímco rozšíření na 100bitové výpočty bylo podstatně pomalejší. Zajímavá je také možnost opakovaného použití. Tři z testovaných programů vědci obnovili devětkrát, 24krát a 25krát. Jeden experiment navíc zopakovali po 1,5 roce.
Počítač bez energie? Tak jednoduché to není
Atraktivní označení „počítač bez energie“ je potřeba brát s určitou rezervou. Systém není energeticky zcela nezávislý. Vědci musí DNA směs připravit a experimentální proces zahrnuje například zahřívání a následné ochlazování, tedy takzvané annealing. Samotný výpočet však následně využívá přirozené směřování molekul k energeticky výhodnému stavu místo toho, aby vyžadoval nepřetržitý přísun energie pro řízení každého kroku.
To je důležitý rozdíl. Nejde tedy o malý počítač, který bychom mohli jednoduše připojit k monitoru a nahradit jím běžný procesor. Současný experiment je především důkazem, že lze výpočetní proces navrhnout tak, aby byl samotný výsledek zakódován v termodynamicky nejvýhodnějším stavu systému.
DNA počítače mohou mít úplně jiné využití než klasické čipy
Výzkumníci vidí potenciál této technologie především v molekulárním computingu. DNA počítače mohou v budoucnu sloužit například pro zpracování informací v biologickém prostředí nebo pro nové způsoby ukládání dat. Samotná studie zmiňuje také možnost spojit výpočetní schopnosti s DNA origami a využít princip pro programovatelné vytváření nanostruktur. Velkou otázkou ale zůstává škálování. Současný experiment sice ukázal výpočty až do 100 bitů, zároveň však autoři upozorňují na řadu nákladů spojených s množstvím a délkou DNA vláken, zahříváním a přípravou systému. Pro praktické nasazení by proto bylo nutné technologii dále optimalizovat.
Přesto jde o zajímavý posun v molekulárním computingu. Vědci neukázali pouze další způsob, jak pomocí DNA napodobit klasický výpočet. Předvedli systém, jehož samotný fyzikální princip pomáhá směřovat výpočet ke správnému výsledku. Výzkum tak otevírá možnost přemýšlet o počítačích nejen jako o elektronických zařízeních, ale také jako o systémech, které mohou výpočet provádět prostřednictvím přirozeného chování molekul.
Zdroj: Maynooth University
