研究人員首次闡述：速度可超越量子計算機的「可成長型」計算機

近日曼徹斯特大學的研究人員表示，他們有可能構建出一種「可隨著其運算而成長」的新型超快速計算機。

Ross D King教授及其團隊首次闡述了工程化非確定性通用圖靈機（NUTM）的可行性，並且他們的工作成果也將在《皇家學會學報》（Journal of the Royal Society Interface）上發表。

實際上，在理論性質層面上，這種「可成長」計算機在速度上可以以指數級別超越電子和量子計算機，這一性質已被學界公認多年。但是曼徹斯特大學的研究人員突破性地證明，可以使用DNA分子模型來創建NUTM。

曼徹斯特計算機科學學院的King教授用一個例子來解釋這個新型計算機，「我們可以試著想像，一台電腦正在破解一個迷宮，現在它來到了一個選擇點，這裡有一條路通向左邊，另外一條通向右邊，計算機一般需要選擇要先探索哪一條路」。

「但我們的新計算機並不需要選擇，因為它可以複製自己，使得其可以同時探索兩個路徑，從而可以更快找到答案。這樣『神奇』功能的實現，是因為計算機的處理器是由DNA而不是硅晶元製成的，並且由硅晶元製成的電子計算機都只具有固定數量的晶元。」

「我們的計算機這種可以增長的特性，使其可以比其他形式的計算機更快，也使得其可以解決很多之前被認為不可能解決的問題。」

「量子計算機也是一種令人激動的新形式計算機，它也可以同時探索迷宮中的兩條不同的路徑。不過量子計算機這種同時探索的能力，只有當被探索的迷宮擁有某種對稱特性的時候才可以進行，這樣的前提條件也同時大大地降低了它的可用性。」

「由於DNA分子非常的小，所以由此構成的台式機可能會擁有比全世界所有電子計算機加在一起之後還強的處理能力。這樣的計算機也會有比當前最快的超級計算機更加優秀的性能，但是其花費，僅僅是非常小的一點能量。」

曼徹斯特大學以其與計算機科學創始人阿蘭·圖靈的聯繫而聞名，並且其也創建了世界上第一個存儲式電子計算機。

King教授也表示，他們的這項新的研究，是構建在之前所提到的兩個先驅的基礎上的。

阿蘭·圖靈的最大成就就是提出了通用圖靈機（UTM）的概念。通用圖靈機，即一台計算機，它可以計算任何其他計算機可以計算的東西。現在的電子計算機就是通用圖靈機（UTM）的一種實現，但是量子通用圖靈機（Quantum UTM）現在還未實現。

這個無比炫酷科研成果的背後原理，就是看似非常神秘的DNA計算技術。DNA計算使用生物分子進行計算，而不是用傳統硅晶元（silicom c

hips）。在DNA計算中，使用四字元遺傳字母表-A [腺嘌呤]，G [鳥嘌呤]，C [胞嘧啶]和T [胸腺嘧啶]進行編碼，而不是使用與傳統計算機相同的，使用由一系列0，1字元構成的二進位字母表來進行編碼。

運用這種編碼技術，就可以合成具有特定序列的DNA分子，這些DNA分子可以代表計算機將要求解的各種問題。在應用中，科學家們會將這樣合成的DNA分子放在人體或生物體中工作，計算結果則通過熒光蛋白的活動來讀取。實際的計算則通過生物自身的生物酶催化反應進行，在這裡的生物酶就如同我們在普通計算機計算中的運算元一樣（加，減，乘，除等）。經過這樣的催化反應（計算）之後，我們就有可能得到想要的結果。

而上文中所提到到的，使用DNA計算的計算機可以自行複製，而同時探索不同的兩種可能性，也是利用了生物DNA可以進行自我複製的特性。

從1994年，南加州大學的萊昂那多·阿德萊曼（Leonard Adleman）教授在其論文「分子計算應用於解決組合問題」（Molecular Computation of Solutions To Combinatorial Problems）率先描述了使用DNA作為一個計算系統，並且利用此系統解決了一個計算問題。

自此，科學家們就開始了對這項技術的不懈探索。曼徹斯特大學研究的創新之處，就是在於他們利用這項技術，率先實現了NUTM。至於日後，這項技術最終會走到哪裡，還請大家拭目以待。

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