Student World

pravidelné páteční „přetištění“ staršího článku

Již asi před 7 (v roce 2015 to znamená před 14) lety se na Science Worldu objevily první články o DNA počítačích. V češtině před prázdninami vyšla v řadě Kolumbus od MF kniha „Na úsvitu živých strojů“, která mapuje vývoj tohoto oboru od poloviny 90. let až do současnosti.

Masivní paralelismus těchto systémů se zdál být zpočátku vhodný pro úlohy s vysokou mírou výpočetní složitosti (faktorizace hrající roli v kryptografii nebo tzv. NP úplné problémy, například problém obchodního cestujícího či problém splnitelnosti). V úloze obchodního cestujícího, jak ji na tomto typu počítačů poprvé řešil Leonard Adleman, reprezentovaly molekuly DNA jednotlivé cesty a spojnice mezi body. Díky chytře zakódovanému párování řetězců pak vznikly v systému paralelně modely všech cest; řešením pak bylo podle konkrétního zadání vybrat molekulu, která kóduje cestu vyhovující zadáním úlohy, například cestu nejkratší.

Martyn Amos, člověk, který z DNA počítačů získal jako první doktorát (na MITu) ovšem uvedl, že komerční využití tohoto typu DNA počítačů narazilo na řadu překážek. Ukázalo se, že samotná technologie sice některé problémy klasických počítačů svým masivním paralelismem překonává, ale na jiné sama naráží. Výzkum se rozštěpil na několik projektů; někteří z vědců se spokojili s jednoúčelovými zařízeními řešícími NP úplné problémy (takovýto systém byl před pár lety předváděn i na CeBitu), jiní se snažili sestavit DNA počítač v podobě konečného automatu, cílem dalších byl obecný Turingův stroj.

Velkou překážkou se ukázala být „hmotnostní bariéra“. U řešení složitějších problémů se narazilo na obtíže se syntézou dostatečně dlouhých řetězců DNA, které by mohly reprezentovat zadání úlohy; tento postup byl časově náročný, drahý i relativně chybový. Složitější problémy pak také vedly k tomu, že namísto zkumavek v původních Adlemanových pokusech by bylo třeba reakci provádět v objemných reakčních nádobách; právě zde by hrozilo, že kombinatorická exploze u klasických počítačů bude vystřídána explozí hmotnostní. Samozřejmě se může stát, že při určitém zadání a uspořádání pokusu převýší hmotnost směsi potřebné k řešení hmotnost známého vesmíru, nemusí však vůbec dojít k tak extrémním případům. Úplně stačí, když bude směs tak velká, že nebude možné rozumně zajistit dokonalé promíchání – předpoklad masivního paralelismu. A nakonec i když se promíchání zajistit podaří, budeme mít před sebou třeba přílišný objem, abychom z něj dokázali s rozumnou úspěšností oddělit molekulu kódující řešení.

Hmotnostní bariéra je problémem závažným, ale nemusí být neřešitelná. Při stávajícím vývoji DNA počítačů se ale ukázalo, že (trochu překvapivě) chyběla pobídka z komerční sféry. Prostě se nenašel nikdo, kdo by výzkumníkům zadal řešení problému, na který současné klasické počítače nestačí, a nabídl jim za to potřebnou finanční odměnu. Jak vlastní DNA, tak i operace s ní jsou přitom ve větším měřítku zatím docela drahé.

Výsledkem je, že od počítání se celý obor posunul spíše k nanotechnologickým konstrukcím a projektům stroječků, které by fungovaly v živých organismech.

Uvidíme, zda tomu tak bude nastálo, nebo zda se vrátí i DNA počítače zaměřené na řešení NP úplných problémů.

Zdroj: Martyn Amos: Na úsvitu živých strojů, Mladá fronta, Praha 2008

Poznámka: Kniha „Na úsvitu živých strojů“ je zajímavým počinem už proto, že se vydavatel odhodlal na komerčním základě vydat takto úzce specializovanou publikaci. Zatímco knihy o evoluci či kosmologii se neustále opakují, dalo by se odhadnout, že česky dlouho nic na toto téma nevyjde. Název knihy je ovšem poněkud matoucí, nejde o žádné kyborgy a DNA počítač není o nic více „živý“ než kuličkové počítadlo.

autor Pavel Houser