Un ordinateur à base d'ADN calcule les racines carrées jusqu'à 900 — Une étape majeure dans le calcul moléculaire

Un ordinateur constitué de brins d'ADN dans un tube à essai peut trouver les racines carrées des nombres carrés de 1 à 900.

Bien qu'il ne fonctionne que pour les entiers, c'est l'ordinateur à ADN le plus avancé à ce jour.

Le contexte : les limites du silicium

Actuellement, des entreprises comme Intel et AMD produisent en masse des transistors de 10 nanomètres — seulement 10 fois plus larges que les molécules d'ADN.

Cependant, il existe une limite à la miniaturisation de ces transistors. Nous atteindrons bientôt un point où nous ne pourrons plus continuer à fabriquer des appareils électroniques plus petits et plus efficaces.

L'une des alternatives prometteuses aux technologies informatiques basées sur le silicium est l'informatique ADN, qui utilise la biochimie, l'ADN et le matériel biologique moléculaire. Le domaine en est encore à ses débuts mais promet de résoudre des problèmes que les ordinateurs existants ne peuvent pas gérer.

Jusqu'à présent, les scientifiques ont démontré des circuits à base d'ADN comprenant des dizaines de portes logiques, capables d'effectuer certaines fonctions logiques de base. Cependant, ils sont incapables de réaliser des opérations mathématiques complexes.

Des chercheurs de l'Université de Rochester ont désormais développé un ordinateur à partir de brins d'ADN dans un tube à essai, capable de calculer les racines carrées des nombres carrés (entiers uniquement) jusqu'à 900.

Cela signifie qu'il peut trouver la racine carrée de 1, 4, 9, 16, 25, 36, 49… 784, 841, 900. Cela est réalisé en concevant des séquences d'ADN et en programmant des réactions de déplacement de brins d'ADN.

Référence : Small | DOI:10.1002/smll.201903489

Trois blocs moléculaires de construction

Pour réaliser le circuit logique de racine carrée 10 bits via le déplacement de brins d'ADN, l'équipe de recherche a développé trois blocs moléculaires de construction.

1) Module cognitif : Les entrées sont encodées pour reconnaître un ou deux nano-indicateurs d'ADN spécifiques. En termes simples, un nombre est encodé sur l'ADN en utilisant une combinaison de 10 blocs de construction. Les différentes combinaisons représentent différents nombres qui sont connectés à un marqueur fluorescent.

2) Module de biocomputation : La racine carrée 10 bits est réalisée en utilisant la réaction d'hybridation entre différentes combinaisons d'entrées et la plateforme de réaction. Elle modifie le signal fluorescent. La racine carrée du nombre d'origine est ensuite extraite de la couleur.

3) Module de définition : Ce module est nécessaire pour seuiller les sorties par signaux de fluorescence afin de démontrer la réalisation du circuit logique de racine carrée 10 bits.

Il est également possible d'optimiser les signaux d'entrée via la rétroaction de sortie. Cela améliorera les performances dans des opérations logiques plus complexes.

Quelle suite ?

Cet ordinateur à ADN offre une programmabilité structurelle unique de l'ADN et une base de données puissante, ouvrant de nouvelles voies pour le développement de circuits de calcul complexes et de dispositifs fonctionnels novateurs.

L'équipe de recherche utilisera la même technique pour simuler des signaux analogiques ou numériques afin d'effectuer une gamme plus large de calculs de racines carrées, au lieu de se limiter aux racines carrées d'entiers.

Dans l'ensemble, l'étude offre une voie plus universelle pour des applications en bio-ingénierie et biotechnologie. Et les chercheurs croient que les ordinateurs à ADN remplaceront éventuellement les ordinateurs à base de silicium pour le traitement massif de données et les calculs complexes.