Investigadores demonstraram um novo modelo de computação molecular capaz de resolver problemas matemáticos recorrendo a moléculas de ADN. O sistema pode executar operações em menos de um minuto, dispensar mecanismos explícitos de correção de erros e abrir caminho a novas formas de computação.
A computação não tem de depender exclusivamente de processadores eletrónicos, transístores e circuitos tradicionais. Um estudo publicado na revista Nature demonstra que é possível utilizar moléculas de ADN para realizar cálculos, aproveitando as leis da termodinâmica para favorecer naturalmente as configurações moleculares que representam a resposta correta.
Como funciona um computador molecular baseado em ADN?
Os computadores convencionais executam instruções através de circuitos eletrónicos, recorrendo a mecanismos de controlo para garantir que os resultados são corretos. Na computação molecular, os investigadores procuram utilizar as propriedades físicas e químicas das moléculas para representar informação e executar operações.
No sistema SDC, uma cadeia de ADN funciona como uma estrutura de suporte à qual se ligam outras cadeias moleculares. Estas contêm informação que representa os dados de entrada e as instruções do programa.
À medida que as moléculas se ligam, as combinações corretas são energeticamente favorecidas. Quando existem ligações incompatíveis, a configuração torna-se menos favorável, permitindo que as moléculas se reorganizem até atingirem um estado de equilíbrio que favorece a resposta pretendida.
Na prática, em vez de depender de uma sequência rígida de operações imposta por um circuito eletrónico, o sistema utiliza as interações moleculares para conduzir o cálculo. O desenho das moléculas e das suas ligações é fundamental para que o resultado correto seja favorecido face às configurações incorretas.
Que cálculos consegue executar?
Os investigadores demonstraram o funcionamento do computador molecular através de dez programas diferentes e de mais de 700 experiências computacionais.
Entre as operações demonstradas encontram-se:
- Multiplicação por três: execução de um programa matemático que multiplica o valor de entrada por três.
- Divisão por dois: processamento de valores através de uma operação de divisão.
- Deteção de paridade: determinação de se uma sequência binária de oito bits contém um número par ou ímpar de bits com o valor 1.
- Adição de números binários: execução de cálculos com números de até 25 bits, num programa que envolve uma computação de 100 bits.
Os investigadores testaram ainda o sistema com cadeias em base três e estruturas representadas através de grafos, demonstrando que a abordagem não está limitada a operações aritméticas simples.
Uma das características mais interessantes é a velocidade: as implementações de menor dimensão conseguem executar os cálculos em menos de um minuto. O sistema também pode ser reutilizado dezenas de vezes, reduzindo a necessidade de preparar um novo conjunto experimental para cada operação.