Недетские игры

Сколько компьютеров может уместиться в чайной ложке? 15 квадриллионов. Ну да, речь идет об очень маленьких компьютерах – размером с молекулу ДНК. Не думайте, что они какие-то ущербные. Каждый из этих крошек ничуть не уступит по вычислительной мощи вашему настольному ПК. Жаль лишь, что использовать их возможности мы пока не научились. Зато мы уже умеем с ними развлекаться. На днях Джоан Макдоналд и ее коллеги из Колумбийского университета в Нью-Йорке построили из обрывков ДНК-цепочки машинку, способную обыграть человека в крестики-нолики.

Сердце обычного компьютера – кремниевый чип, состоящий из миллионов транзисторов. Чем больше этих самых транзисторов и чем меньше размер каждого из них, тем лучше. Но современные чипы уже вплотную подобрались к теоретическому пределу своих возможностей. Сколько ни совершенствуй технологии, намного мощнее они не станут. Пройдет еще лет пять-десять, и каждый транзистор будет размером с молекулу. И что дальше? Неужели развитие компьютерной техники остановится?

Ученые и инженеры уже давно ищут замену чипам. Вы наверняка слышали о квантовых компьютерах. Элементарными процессорами в них будут выступать атомы, чье «устройство» подчиняется вероятностным законам микромира. Поэтому «мышление» таких компьютеров будет основано на качественно иных логических законах – булевой алгебре. Грубо говоря, вместо логической пары «да – нет» они будут оперировать понятиями «да – нет – возможно». Не вдаваясь в математические дебри, скажу лишь, что задачи, связанные с перебором большого количества данных – например шифрование или моделирование сложных физических процессов, – по зубам только квантовым компьютерам.

В теории-то с этими компьютерами все прекрасно, да вот только сделать их никак не удается. Поэтому куда больше интереса вызывает другая альтернатива кремниевым чипам – биокомпьютеры на основе молекул ДНК или РНК.

Идея использовать генетические механизмы для решения математических задач возникла довольно давно. Первый биокомпьютер был создан еще в 1994 году профессором Университета Южной Калифорнии Леонардом Адлеманом. Принцип работы биокомпьютера таков. Молекулы ДНК способны к так называемым комплементарным взаимоузнаваниям. В переводе на человеческий язык это означает, что любые фрагменты каждой из двух цепочек ДНК соединяются только со своими «зеркальными» половинками, образуя всем известную двойную спираль. Если набросать таких обрывков в физиологический раствор, то они очень быстро и точно «самособерутся». Как им это удается, до сих пор неизвестно. Ведь чтобы «опознать» свою половинку, состоящую из многих молекул, нужно перебрать огромное количество возможных вариантов.

Зато результатами перебора можно пользоваться. Условие математической задачи следует как бы закодировать, добавив в пробирку с обрывками ДНК определенные ферменты. Результат «автосборки» и будет решением задачи.

В 2003 году группа израильских ученых из научно-исследовательского института Вейцмана сделала ДНК-компьютер, способный совершать 330 трлн элементарных вычислений в секунду (самые мощные «обычные» современные суперкомпьютеры в сотни раз слабее). Увы, он умел решать только один тип задач, для которого удалось подобрать нужный набор ферментов, так что полноценным компьютером его можно было назвать с трудом. Что толку в компьютере, который нельзя программировать?

Зато машина по имени Maya-II, созданная под руководством Макдоналд, – совсем другое дело. Она умеет решать хоть и простенькую, но все же в какой-то мере творческую задачу. Набор из нескольких микроколб, который представляет собой Maya-II, способен выиграть – или как минимум не проиграть – в крестики-нолики. Конечно, большим достижением это тоже не назовешь: алгоритм непроигрыша в знаменитой детской игре известен каждому. Но лиха беда начало. Глядишь, биоинженеры и до шахмат доберутся. Гарри Каспаров как-то сказал, что ему не обидно проиграть суперкомпьютеру величиною с целый дом. Интересно, каково будет проиграть машинке, которую невооруженным глазом и разглядеть-то невозможно?