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reusable for up to 25 different calculations, a DNA computer points toward possible uses in energy-efficient computing and long-term data storage.

在试管中仅用一滴水、盐和DNA链，一台分子计算机完成了10加3的运算，耗时30秒。这台由爱尔兰梅努斯大学（Maynooth University, MU）研究人员开发的DNA计算机，不使用硅芯片，而是利用水溶液中相互作用的DNA链进行计算，并且无需持续电力供应即可完成乘法与除法。该成果发表于《自然》（Nature），被描述为迄今报道的最复杂、最快的分子计算机之一。

热力学驱动：答案在冷却中自然形成

“一小滴液体中含有数十亿甚至数万亿条DNA链。这些链相互作用以产生结果。”MU汉密尔顿研究所助理教授、计算机科学家Abeer Eshra博士解释道，她完成了许多实验。研究团队将一小滴水、盐、短DNA片段和一条较长的DNA支架混合在试管中。混合物仅需少量热量启动，随后冷却，计算便得以进行。

“分子相互作用，形成一种结构，而该结构就是答案。”MU汉密尔顿研究所的Damien Woods教授说，“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。”这一特性源于热力学驱动：DNA链在冷却过程中自发组装，系统沿自由能降低的方向演化，最终结构对应计算结果。与传统硅基计算机需要持续供电不同，DNA计算机的计算能量在初始加热后即被“编码”在分子相互作用中，答案的形成是热力学上有利的过程。

性能与可重复性：100比特运算与25次连续计算

研究人员运行了十个程序，包括100比特计算。在一项实验中，计算机对约1100万至3400万范围内的数字进行加法，最多耗时14小时得出结果。系统还展示了稳健性和可重复使用性，能够连续执行多达25种不同的计算。

“反应在试管中发生得很快，但不如硅基计算机快，也并非旨在如此。但与其他DNA计算机相比，我们的系统是最快的。”Eshra说。她是这篇《自然》研究的共同第一作者，与Tristan Stérin博士并列。论文共同作者还包括高级研究员Constantine Evans博士和本科生研究员Janet Adio。

除了试管中的算术运算，该研究还指向长期数据存储和节能计算的可能应用。未来，分子系统或许还能在细胞内运行，执行疾病检测等任务。

为何探索硅基之外的计算：能耗与大脑的启示

Woods解释了探索其他计算形式的动机。“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。我们一直被蒙蔽，只看到一种计算机，但我们周围还有其他例子，包括我们的大脑。”他指出，DNA计算研究由Woods领导的欧洲创新理事会400万欧元资助。DISCO项目（基于DNA的存储与计算基础设施）旨在开发使用DNA技术进行计算和存储数据的新方法。

“这是蓝天科学。我们不知道未来会带我们走向何方。”Woods对探索替代计算形式的更广泛努力给出了这样的展望。