Mokslininkai iš Mančesterio universiteto paskelbė, kad įmanoma sukurti naujo tipo ypač greitus kompiuterius, kuriems atliekant skaičiavimus, šių skaičiavimų galimybės galėtų didėti.
Profesoriaus Roso Kingo (Ross D. King) iš Mančesterio universiteto vadovaujama grupė pirmą kartą įrodė, kad įmanoma sukurti vadinamąją nedeterministinę universalią Tiuringo mašiną.
Alano Tiuringo (Alan Turing) didžiausias pasiekimas buvo universalios Tiuringo mašinos koncepcijos sukūrimas – tai buvo šiuolaikinio kompiuterio veikimo principo teorija – kaip turėtų veikti įrenginys, kurį galima programuoti įvairioms skaičiavimų sekoms atlikti.
Tiuringo pasiekimai buvo įslaptinti ir tapo vieši tik praėjus gerokai laiko po Antro Pasaulinio karo pabaigos, kuomet Alanas Tiuringas jau buvo miręs. Apie jį yra sukurti ir keli meniniai filmai, iš kurių garsiausi– „Enigma“ (2001) ir „Imitacijos žaidimas“ (2014), apie aparato, skirto iššifruoti nacistinės Vokietijos radijo pranešimus, sukūrimą.
Deterministinė Tiuringo mašina – tai automatas, vykdantis instrukcijų seką ir įsimenantis būseną. Deterministinės Tiuringo mašinos taisyklių rinkinys nustato tik vieną veiksmą, kuris turi būti įvykdytas vienu metu. Pavyzdžiui, jis gali skaityti ir įrašyti simbolius pagal vartotojo įvestas taisykles ir nuspręsti, kokį veiksmą reikia atlikti, atsižvelgiant į tai, koks simbolis yra nuskaitytas ir kokia yra mašinos būsena. Tiuringo mašinos taisyklės pavyzdys galėtų būti toks: „Jei dabartinė būsena yra 1, o nuskaitytas simbolis – A, pakeisti jį į B ir pereiti vieną poziciją į dešinę“.
Tačiau nedeterministinė Tiuringo mašina gali turėti visą rinkinį taisyklių, kurios nustatytų daugiau nei vieną veiksmų tam tikroje situacijoje. Pavyzdžiui, nedeterministinė Tiuringo mašina galėtų vienu metu įvykdyti dvi taisykles: „Jei dabartinė būsena yra 1, o nuskaitytas simbolis – A, pakeisti jį į B ir pereiti vieną poziciją į dešinę“ ir „Jei dabartinė būsena yra 1, o nuskaitytas simbolis – A, pakeisti jį į C ir pereiti vieną poziciją į kairę“.
Teorinės tokios nederterministinės skaičiavimo mašinos galimybės, įskaitant jos gebėjimus, skaičiavimams sudėtingėjant, didinti jų greitį, jau yra pakankamai išnagrinėtos, tačiau Mančesterio mokslininkų pasiekimas yra tai, kad jie pasiūlė būdą tokiai mašinai sukurti praktiškai, panaudojant DNR molekules.
„Įsivaizduokite kompiuterio algoritmą, kuris turi rasti išėjimą iš sudėtingo labirinto. Priėjus išsišakojimą – vieną kelią, vedantį į kairę, kitą į dešinę, elektroniniam kompiuteriui reiktų pasirinkti, kuriuo keliu mėginti eiti pirmiausia. Nepavykus rasti išėjimo, jis turėtų grįžti ir pasirinkti kitą kelią. Tačiau mūsų naujam kompiuteriui nereiktų rinktis – jis galėtų replikuotis – tai yra sukurti savo algoritmo kopiją, viena kurių analizuotų vieną kelią, kita – kitą, tai yra eitų abiem keliais vienu metu. Taip tokiam kompiuteriui pavyktų rasti išėjimą daug greičiau“, teigia Rosas Kingas. „Tokia įpatinga savybė būtų įmanoma, jei kompiuterio procesoriai būtų pagaminti iš DNR, o ne silicio lustų. Visi šiuoaikiniai elektroniniai kompiuteriai turi fiksuotą lustų ir tranzistorių juose skaičių. Tačiau kompiuteris, pagamintas iš DNR, turėtų savybę augti – tuomet skaičiavimų galia didėtų, jam vykdant kokią nors užduotį, ir jis galėtų išspręsti daug kompiuterinių skaičiavimų problemų, kurios iki šiol laikomos per daug sudėtingomis ar užimančiomis per daug laiko net patiems greičiausiems kompiuteriams. Kvantiniai kompiuteriai – tai kita galimybė, jie taip pat galėtų vienu metu eiti abiems labirinto takais, bet tik esant papildomoms sąlygoms – labirinte turėtų būti tam tikros simetrijos, o tai apribotų kvantinių komiuterių panaudojimą.“
Darbo autorių teigimu, DNR molekulės yra labai mažos, todėl teoriškai staliniame kompiuteryje galėtų būti daugiau procesorių, nei visuose šiuo metu veikiančiuose elektroniniuose kompiuteriuose kartu sudėjus, ir toks kompiuteris suvartotų visai nedaug energijos.
DNR kompiuteriuose skaičiavimai būtų atliekami, naudojant biologines molekules – DNR, o ne tradicinius tranzitorius lustuose. DNR informacijai saugoti ir manipuliuoti gali būti naudojami keturi genetinės abėcėlės simboliai – A [adeninas], G [guaninas], C [citozinas], ir T [timinas], o ne dvejetainiai kodai 0 ir 1, kaip tradiciniuose kompiuteriuose.
Šis tyrimai paskelbtas prestižiniame leidinyje „Journal of the Royal Society Interface“.
Šaltiniai:
Scientists reveal new super-fast form of computer that ‘grows as it computes’
Computing exponentially faster: Implementing a nondeterministic universal Turing machine using DNA
https://arxiv.org/ftp/arxiv/papers/1607/1607.08078.pdf
Daugiau:
Kuriama dirbtinio intelekto sistema, kuri pati galėtų programuoti
Paskelbtas planas, kaip sukurti pirmą praktiškai panaudojamą kvantinį kompiuterį
DNR pagrindu funkcionuojantys termometrai – jau realybė
Alternatyva silicio technologijai – DNR
VU profesorius Virginijus Šikšnys DNR lygina su gyvenimo knyga