أنبوب اختبار كمعالج: كيف تعلمت جزيئات الحمض النووي حل المشكلات

تتتبع المقالة تطور الحوسبة باستخدام الحمض النووي (DNA). يبدأ المقال بإنزيم التقييد EcoRI، الذي يقطع الحمض النووي عند تسلسل محدد من ست نيوكليوتيدات، مما يظهر خصوصية جزيئية. ليونارد أدلمان، الحائز على جائزة تورينغ والأستاذ في جامعة جنوب كاليفورنيا، أدرك في عام 1993 أن التعرف الأنزيمي والفعل يشكلان عملية حسابية. في عام 1994، نشر تجربة في مجلة Science حل فيها مشكلة مسار هاميلتوني برسم بياني من سبع مدن باستخدام جزيئات الحمض النووي: حيث تم تخصيص تسلسل عشوائي من عشرين نيوكليوتيد لكل مدينة، وتم بناء جزيئات الطرق لربطها. أدى الربط وتفاعل البلمرة المتسلسل (PCR) إلى ترشيح المسارات الصحيحة، مما أعطى الإجابة في حوالي أسبوع. عمل آخرون مثل تشي أويانغ (أكبر تجمع، 1997) ورافينديرجيت برايش (قابلية الإشباع مع 20 متغيرًا، 2002) أثبتوا هذا النهج لكنهم اصطدموا بجدار: عدد المسارات المحتملة ينمو بشكل عاملي، لذا بالنسبة لـ 200 مدينة، ستتجاوز كتلة الحمض النووي المطلوبة كتلة الأرض بـ 10^328 مرة. أتمتة ميلان ستويانوفيتش (مايا) في عام 2003 لعبت لعبة إكس أو باستخدام إنزيمات الحمض النووي، لكن الضوضاء حدت من الدوائر إلى حوالي عشر بوابات. ومع ذلك، فقد تفوق تخزين الحمض النووي: فقد خزن 'نافورة الحمض النووي' ليانيف إيرليخ ودينا زيلينسكي 2.14 ميغابايت في عام 2017، وحقق عمل لي أورجانيك في عام 2018 وصولًا عشوائيًا إلى الملفات من مجموعة 200 ميغابايت. في الطب الحيوي، مكنت دوائر إزاحة السلاسل من إنشاء شبكات عصبية جزيئية؛ مجموعة لولو كيان في عام 2018 صنفت أرقام MNIST بشبكة قائمة على الحمض النووي استغرقت ثماني ساعات لكل عملية حسابية. على الرغم من عدم منافسته للسيليكون في السرعة، يوفر الحمض النووي كثافة تخزين قصوى والقدرة على الحساب داخل الخلايا الحية.