Успешная альтернатива квантовым компьютерам, о которой почти никто не говорит

В моей картине мира большинство IT-шников держат в голове 2 вида компьютеров - железный, которым мы все пользуемся, и квантовый - нечто мутное с долгосрочным теоретическим потенциалом. Я уже писал 2 поста (раз, два) про квантовые компы в попытках разобраться и пришёл к неутешительным выводам.

Но в так называемом Unconventional Computing есть много разных областей. И сегодня я расскажу об одном из них - ДНК-компьютерах. Сразу предупреждаю - я совсем не биолог, и очень был бы рад получить критику изложения в комментариях от того, кто шарит.

Всё началось в 1994, когда Leonard Adleman опубликовал proof of concept - с помощью ДНК возможно решать вычислительные задачи. Решал он задачу поиска гамильтонова пути в графе (т.е. обходящего все вершины). Она, как я вижу, натурально ложится на этот hardware:

1) Берут молекулы, соответствующие вершинам, и молекулы, соответствующие рёбрам. Их выбирают специально так, чтобы рёбра могли подсоединяться к вершинам графа, которым они соответствуют.
2) Всё это взбалтывают и смешивают. Создаётся куча цепочек молекул, каждая из которых - это валидный путь в графе.
3) Получившиеся молекулы фильтруют с помощью дополнительных реакций, чтобы они соответствовали критериям валидности.

Началось развитие данной области. По ходу дела было показано, что ДНК обладают Тьюринг-полнотой - то есть на них можно реализовать машину Тьюринга, а значит и любые другие вычисления. Было много забавных работ - к примеру, крестики-нолики на основе ДНК. А кто-то замутил нейросеть на основе ДНК.

Насколько я понял, большой прорыв произошёл в 2023 году, когда китайские учёные смогли реализовать на практике логические гейты, которые можно соединять произвольным образом в "ДНК-микросхемы", что предоставляет возможность реализовывать общие вычисления. В качестве примера авторы реализовали решатель квадратных уравнений. Дорогие биологи, пожалуйста, напишите, насколько это считается приличной работой в вашем сообществе.

В чём вообще смысл этой области? Зачем пытаться строить компьютеры в майнкрафте и прочих странных доменах? На самом деле, ДНК-вычисления - это не игрушка, и у них есть жирное преимущество по сравнению с классическими вычислениями - энергоэффективность.

Эволюция потратила миллиарды лет на дизайн энергоэффективных биологических механизмов, и классические компьютеры, кажется, далеко позади. Современные компьютеры выдают десятки миллиардов флопов на 1 джоуль. DNA проводят в 10000000000 больше реакций на 1 джоуль.

Энергоэффективность компьютеров быстро растёт, и на эту тему есть даже аналог закона Мура - Koomey's law. С сохранением текущего тренда, нам нужны ещё несколько десятков лет, чтобы классические компьютеры догнали ДНК. Оговорюсь, что прямое сравнение всё же бессмысленно, пока мы не столкнём два подхода в лоб на одной и той же вычислительное задаче.

Но DNA-вычисления я уважаю даже не за это. Они неоспоримо побеждают классические компьютеры в одном очень важном аспекте, и в нём у классических компьютеров нет и не будет вообще никаких шансов. Это обсудим в следующий раз.

@knowledge_accumulator