Im Reagenzglas: DNA-Computer errechnet Quadratwurzel aus 900

Forscher der University of Rochester im US-Bundesstaat New York haben erfolgreich einen „Bio“-Computer getestet. Er nutzt 32 DNA-Stränge, also Ketten aus Desoxyribonukleinsäure (englisch: Deoxyribonucleic Acid, DNA), den Bausteinen des menschlichen Erbmaterials. Wie New Scientist berichtet war der Computer bei Tests in der Lage, die Quadratwurzel von 900 zu errechnen.

In ihrem Forschungsbericht beschreiben Chunyang Zhou, Hongmei Geng, Pengfei Wang und Chunlei Guo wie es ihnen gelungen ist, bisherige Einschränkungen biologischer Rechensysteme zu umgehen, um nicht nur Daten zu speichern, sondern auch komplexe mathematische Berechnungen durchzuführen. Für die Berechnung von Quadratwurzeln benötigen die Forscher ein System, dass 4-Bit-Binärzahlen ausgeben kann, was wiederum die Entwicklung eines 10-Bit-Logik-Schaltkreises voraussetzte.

Dieses Ziel erreichten die Forschern mit 32 DNA-Strängen, die miteinander zu Doppel-Strängen verknüpft wurden. Zudem nutzen sie ein Strangverschiebung genanntes Verfahren, um Interferenzen und Rauschen in DNA-Geräten zu unterbinden. Per Fluoreszenz wurden zudem die Eingabesignale farblich markiert.

Letztlich erhielt jede Quadratwurzel von 1 bis 900 einen eigenen Farbwert. Die errechneten Quadratwurzeln wurden in den Tests somit durch ihren eigenen Farbwert dargestellt.

„Es kann die Quadratwurzel einer 10-Bit-Binärzahl berechnen, indem es DNA-Sequenzen entwirft und DNA-Strangverschiebungsreaktionen programmiert“, heißt es in dem Papier. „Die Eingangssignale werden durch das Ausgangsfeedback optimiert, um die Leistung bei komplexeren logischen Operationen zu verbessern.“

Im Gespräch mit der Wissenschaftszeitung betonte Guo auch einen praktischen Wert der Experimente für heutige Computertechniken. Die Ergebnisse seien vielversprechend, um künftig auch die Möglichkeiten von Silizium-basierter Hardware zu verbessern.