9月16日，爱尔兰国立梅努斯大学的研究团队在《自然》杂志发表了一项成果。他们研制出一种名为SDC（支架式DNA计算机，Scaffolded DNA Computer）的新型DNA分子计算系统。这台设备没有传统意义上的CPU，其计算核心是悬浮在一滴盐水中的数十亿条DNA链。
与依靠硅芯片运行的传统计算机不同，SDC不需要持续供电，仅需少量热量驱动。DNA分子通过配对反应完成加法、乘法和除法等数学运算。
相关论文以《A thermodynamically favoured molecular computer》为题发表，第一作者为Tristan Stérin博士和Abeer Eshra教授，通讯作者为Damien Woods教授。
计算如何在一滴水里发生
SDC的运作方式与硅基计算机有本质区别。传统计算机依靠晶体管在1和0之间切换电压来处理信息。SDC则利用DNA碱基对（A、T、C、G）的结合与解离来传递信息。
实验流程并不复杂：研究人员在试管中加入一小滴水和盐，再放入短段DNA和一条作为骨架的长DNA链。通过先加热再冷却的方式，让DNA分子彼此配对黏合。DNA分子在反应中形成特定结构，这个结构就是计算结果。
梅努斯大学汉密尔顿研究所助理教授Abeer Eshra介绍：“一小滴液体中含有数十亿甚至数万亿条DNA链。这些链相互作用，产生一个结果。”Woods教授补充道：“分子相互作用，形成结构，而这个结构就是答案。一个关键创新是，系统无需持续能量输入就能自然找到答案。”
速度与规模：30秒算完“10+3”
研究团队让这台DNA计算机运行了10个程序，覆盖100比特的计算规模。在实际测试中，计算简单的“10+3”只需约30秒；而对约1100万至3400万范围内的数字进行加法运算，最长耗时约14小时才得出结果。
这个速度远不能与电子计算机相比，但与其他DNA计算机相比，已是目前最快的分子电脑之一。Eshra表示：“反应在试管中发生得很快，但不如硅基计算机快，这也不是我们的目标。但与其他DNA计算机相比，我们的是最快的。”
可重复使用：从“一次性实验”到“可运行25次”
SDC最关键的工程突破在于可重复使用。传统DNA计算机本质上是“用完即弃”的一次性实验品，而SDC系统可连续执行多达25次不同运算。
更值得注意的是，该系统在干涸一年半之后重新加水就能恢复运转。团队将这一突破描述为这类技术从概念验证迈向实用潜力的重要一步。
热力学优选：让答案成为“最稳定的状态”
从理论层面看，SDC的设计思路源于一个反直觉的物理原理。传统计算机运行在远离平衡态的状态，需要持续消耗能量来维持逻辑正确性、抑制错误。而SDC的设计让计算系统的输出态本身成为能量上最有利的状态。
论文指出，SDC算法具有简单的实验协议，无需纠错或精确的动力学控制。数学、物理和计算机科学原理共同解释了SDC为何在热力学上具有优势，以及它如何实现可编程和可扩展。这项工作为在各类合成系统中重新思考平衡态计算开辟了全新途径。
应用方向：瞄准传统电脑难以触及的领域
该技术现阶段的目标并非取代电子计算机。研究团队瞄准的是潮湿生物环境、智能材料、长期稳定数据存储等传统电脑难以触及的领域。研究人员表示，未来这类分子计算系统有望发展为能在细胞内部运行的分子装置，用于疾病检测等场景。
Woods教授从更宏观的视角阐述了这项工作的意义：“硅基计算机消耗大量能源——爱尔兰23%的电力用于计算和数据存储。我们一直被局限在只看到一种计算机，但我们身边还有其他例子，包括我们的大脑。”
梅努斯大学在DNA计算领域的领先地位得到了欧洲创新委员会400万欧元拨款的支持，该拨款由Woods教授牵头，用于DISCO项目——基于DNA的存储与计算基础设施。
（素材来自：爱尔兰国立梅努斯大学 智算芯能前沿网综合）
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