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Il DNA diventa un computer: i consumi potranno scendere?
Un gruppo della Maynooth University, in Irlanda, ha realizzato un computer molecolare che usa il DNA per eseguire calcoli mentre raggiunge il proprio equilibrio. Si chiama Scaffolded DNA Computer, o SDC, ed è descritto in uno studio pubblicato su Nature. Il risultato corretto corrisponde alla configurazione favorita dalle interazioni fra le molecole: un approccio che potrebbe ridurre i costi energetici necessari a mantenere affidabile un’elaborazione.
I ricercatori hanno dimostrato il funzionamento del sistema con dieci programmi, fra cui moltiplicazione per tre, divisione per due e controllo della parità su otto bit, cioè la verifica che il numero di bit uguali a uno sia pari o dispari. Hanno inoltre eseguito l’addizione di numeri a 25 bit, descritta dagli autori come una computazione da 100 bit complessivi.
Il dispositivo si costruisce attorno a un’impalcatura molecolare lineare, con posizioni di aggancio riconoscibili. Su questa struttura si legano tessere di DNA che portano informazioni relative al programma e ai dati. Ogni tessera interagisce sia con il supporto sia con quelle vicine: gli abbinamenti possibili traducono le regole dell’algoritmo in legami fisici. Per impostare un programma e il suo ingresso si mescola al supporto uno specifico insieme di tessere.
Quando due tessere adiacenti non sono compatibili, l’errore comporta una penalità energetica; la sostituzione di una o entrambe permette al sistema di avvicinarsi alla soluzione. Secondo gli autori, questa organizzazione evita sottosistemi espliciti di correzione degli errori e un controllo preciso dei tempi delle reazioni. L’affidabilità fisica del calcolo è anche al centro delle verifiche sui risultati del quantum computing topologico, che affronta il problema con dispositivi e principi differenti.
Sul piano operativo, gli esperimenti più piccoli richiedono meno di un minuto e i programmi possono essere riutilizzati decine di volte. Il sistema dispone inoltre di più percorsi molecolari verso il risultato: le interazioni possono procedere in parallelo, anziché seguire un’unica sequenza obbligata di passaggi. Gli autori collegano queste proprietà alla forma del cosiddetto paesaggio energetico, cioè l’insieme delle configurazioni accessibili e dei loro costi.
La conseguenza per chi progetta computer è la possibilità di incorporare la logica direttamente nelle proprietà energetiche del materiale. Nei sistemi convenzionali mantenere la correttezza richiede processi che consumano energia; qui la tendenza a raggiungere l’equilibrio termodinamico guida l’elaborazione verso l’uscita desiderata. Per chi segue l’hardware, lo studio propone quindi una strada verso il calcolo a basso consumo basata sulla progettazione delle interazioni molecolari.
Il dispositivo conserva però costi termodinamici, legati anche alla preparazione dei filamenti e ai cicli di riscaldamento e raffreddamento, perciò il risparmio rispetto ai processori elettronici resta una prospettiva da quantificare, non un vantaggio energetico già dimostrato da questi esperimenti.
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