DNA 分子電腦新突破：一滴水驅動 100 位元運算　可重用達 25 次

愛爾蘭國立梅努斯大學（Maynooth University）研究團隊開發出名為 SDC（Scaffolded DNA computer）的分子電腦，只需一滴水和少量熱量，即可驅動水中數十億條 DNA 鏈完成加法、乘法、除法等數學運算，團隊稱之為目前最複雜、最快的分子電腦之一。研究論文已發表於《自然》（Nature）期刊。

由 1994 年概念到 100 位元運算

DNA 運算概念已有超過 30 年歷史。1994 年，南加州大學電腦科學家 Leonard Adleman 證明 DNA 分子可用於求解圖論中的漢米頓路徑問題，開啟這一跨領域研究方向。過去的 DNA 分子電腦受反應設計限制，通常只能處理小規模的簡單運算；梅努斯大學團隊此次將運算規模推進至 100 位元等級，計算 10+3 只需 30 秒，而數字範圍介乎 1,100 萬至 3,400 萬的高難度加法運算，則需時 14 小時。

這些運算對電子電腦而言瞬間可完成，但 DNA 系統的特點在於毋須插電、不必遵循既定邏輯步驟，也不會執行任何不可逆的操作，只依靠熱力學原理同樣能得出正確答案。

以能量穩定態「寫」出答案

物理系統會自然朝能量最低、最穩定的狀態靠攏。團隊只需設計配對規則，便能把運算過程寫入 DNA 分子：將 DNA 短鏈連同一條作為骨架的長鏈放進一小滴鹽水，混合液經加熱和冷卻後，DNA 片段會按鹼基序列決定配對組合及在骨架上的黏合位置。由於正確構型在能量上佔優勢，團隊將「正確答案」設計成能量最穩定的結構，之後只需等待系統自然進入該狀態，運算便告完成。

研究人員 Damien Woods 與 Abeer Eshra 受訪時表示，運算速度雖然無法與矽晶片相比，但超越矽晶片並非目標，與其他 DNA 電腦相比，新系統已是目前最快速的分子電腦。

從一次性實驗走向可重複使用

分子電腦過去本質上屬用完即棄的實驗品，此次團隊刻意將系統設計成可重複使用，能連續進行 25 次不同運算，甚至在乾涸一年半之後重新加水即可恢復運作。團隊表示，這項工程突破對此類技術走向實用相當關鍵，是從概念驗證邁向具備實用潛力的重要一步。

團隊同時坦言，系統距離實際應用仍有相當長的路。分子電腦的定位並非取代電子電腦，而是瞄準潮濕生物環境、智能材料、長期穩定資料封存等傳統電腦難以觸及的利基市場，例如分子資料儲存、生醫材料，以及在活細胞內運作的分子裝置。

參考來源：https://www.tomshardware.com/tech-industry/researchers-create-dna-computer-that-performs-100-bit-calculations-without-electricity-molecular-system-uses-self-assembling-strands-to-perform-computing