文档介绍：应用物理范凯平 B31114057 应用物理范凯平 B31114057 DNA 分子计算机——突破计算机发展瓶颈的新技术 DNA 计算机是一种生物形式的计算机。它是利用 DNA (脱氧核糖核酸)建立的一种完整的信息技术形式,以编码的 DNA 序列( 通常意义上计算机内存) 为运算对象, 通过分子生物学的运算操作以解决复杂的数学难题。由于起初的 DNA 计算要将 DNA 溶于试管中实现, 这种计算机由一堆装着机液体的试管组成,因此有人称为试管计算机。一、 DNA 计算的原理 DNA( 脱氧核糖核酸〕年:认一 Wasto n和 Cric k通过X 射线衍射方法得出 DNA 的双螺旋构,DN A 双螺旋结构的骨架由脱氧核糖和磷酸基通过酚键交替连接而成: 两条骨架绕一共同轴心以右手方向盘旋: 由4 种碱基: 腺嗦岭、鸟嗦岭、胞喀哇、胸腺喀 AA{ 分别简称为 A,G,C 和 T} 组合而成: 碱基位于螺旋的内侧: 它们以垂直于螺旋轴的取向通过糖普键与骨架糖基相连. 的一个重要特性是 DNA 链可以通过碱基互补配对作用形成杂合的双链, 而且配对具有高度的特异性:即A只能与 T,G只能与C结合. 同一平面的碱基在两条骨架之间形成碱基对 G和C 之间有 3 之间只有两个氢键. DNA 计算机即是通过这些特异性的配对作用而构建的: 即将运算信息排列于 DXA 上: 并通过特定 DNA 片段之间的相互作用来得出运算结果. 事实上,DX A 分子即可以看作4 种不同的符号 A,G,C,T 组成的串. 可以将字母集合{C,G,A,T} DNA Scripp s研究所 GHadir i 研究小组在 200 3 年提出了通过荧光标记的 DNA DNA 分子之间的配对作用和多种荧光分子之间的 fster 共振能量转移效应: 他们构建了 3 种光学逻辑门:AND 和 NADA 和 INHIBIT. 我们此前则设计了一种完全由 DNA 碱基构成的逻辑门. 在这个工作中选用了一种铜离子依赖的 DNA 核酶( 一种具有酶活性的特殊 DNA 结构),构建 YES门,NO T 门等基本的逻辑门. 基于这一方法也可以实现逻辑门之间的连接: 形成较为复杂的逻辑门:如 AND((B),NOT(C)) 等. DNA 计算之父 Adleman 指出,DNA 计算机一步可完成 10^20 次运算; 其运算速度大大超过电子计算机的运算速度!同时,生物计算机每消耗 1J 的能量: 可以完成 10^19 次运算, 其能量损耗及能量效率远远优于电子计算机, 并行运算可以解决电子计算机难以解决的计算问题: 如非多项式问题。 NP 问题的计算时间,随看变量数目的增加呈指数增加, 因此电子计算机在变量数目较大时就对 NP 问题无能为力了。哈密尔顿路径问题即是一类典型的问题是指推销员在一个具有 n 个城市和 m 条航线的地图中, 寻找从某一城市出发到达目的城市的一条通路。并且要求经