試験管はプロセッサになる：DNA分子はいかにして問題を解くことを覚えたか

この記事では、DNAコンピューティングの発展を辿ります。その始まりは、特定の6塩基配列でDNAを切断する制限酵素EcoRIであり、分子の特異性を示しています。チューリング賞受賞者で南カリフォルニア大学の教授であるレナード・アドルマンは、1993年に酵素の認識と作用が計算を構成することに気づきました。1994年には、7つの都市を持つグラフのハミルトン経路問題をDNA分子を用いて解く実験をサイエンス誌に発表しました。各都市にはランダムな20塩基配列が割り当てられ、それらを橋渡しする道路分子が構築されました。ライゲーションとポリメラーゼ連鎖反応（PCR）により正しい経路が選別され、約1週間で答えが得られました。その後の研究、例えばQi Ouyangによる最大クリーク問題（1997年）やRavinderjit Braichによる20変数の充足可能性問題（2002年）は、このアプローチの有効性を示しましたが、壁に直面しました。可能な経路の数は階乗的に増加するため、200都市の場合、必要なDNAの質量は地球の質量の10の328乗倍を超えることになります。Milan StojanovicによるMAYAオートマトン（2003年）は、DNAzymeを使って○×ゲームをプレイしましたが、ノイズにより回路は約10個のゲートに制限されました。しかし、DNAストレージは優れていました。Yaniv ErlichとDina Zielinskiによる「DNAファウンテン」は2017年に2.14メガバイトを保存し、Lee Organickによる2018年の研究では、200メガバイトのプールからファイルへのランダムアクセスを達成しました。生物医学では、鎖置換回路により分子ニューラルネットワークが可能になり、Lulu Qianのグループは2018年にDNAベースのネットワークでMNIST数字を分類し、1回の計算に8時間かかりました。速度ではシリコンに敵いませんが、DNAは極めて高い保存密度と生きた細胞内での計算能力を提供します。