複数の国立研究機関に所属する中国の科学者たちが、DNAベースのコンピューティングにおける画期的な進歩となる可能性のある論文をNature誌に発表しました。Lv Hui氏らが率いる研究者たちは、数十億もの異なるコンピューティング回路を処理できる、液体でプログラム可能なDNAベースのコンピューターを設計したと発表しました。これは、現在のCPUと同様に、汎用的な処理に使用できることを意味します。
DNAコンピューティングは、その生物学的単位の性質上、1立方ミリメートルあたり最大10億ギガバイトという膨大なデータ密度を記憶することが可能です。これは、メモリを大量に消費するストレージや処理タスクにとって大きなメリットです。これほどのデータ密度があれば、DNAを情報処理システムとして操作できるようになることは、私たちが追求したいと思えるでしょう。
DNAコンピューティングでは、アデニンはチミンと、グアニンはシトシンと対をなします。例えば、ATGCからなる短いDNA鎖は、TACGにのみ結合し、他の配列は無視されます。この予測可能性、つまりこの原理は、『ゼルダの伝説 ティアーズ オブ ザ キングダム』のプレイヤーがゲーム内の物理法則を利用した計算機を構築できるのと同じです。
しかし、DNA鎖を計算機構として利用できることと、鎖を追加してコンピュータを拡張していく際に、どの鎖が接続されるかを制御できるようになることは全く別の話です。それぞれの鎖の追加コピー（および追加情報コンテンツ）が、無秩序に接続される可能性があります。
実際の制御を方程式に導入するため、本研究論文ではDNAオリガミ、つまり2次元または3次元の形状になるように設計されたDNA配列について説明しています。興味深いことに、形状が様々な情報要素を提供できるというこの能力は、トポロジカル量子コンピューティングやMCエッシャーの研究が探求する原理であり、超伝導、量子力学などの基礎となっています。
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DNA折り紙構造にトポロジーを適用すると、適合するDNA鎖同士が接着しにくくなります。ATGC分子がTACG分子を見つけるだけではもはや十分ではなく、まずそれらが互いに合うように折り畳まれる必要があります。つまり、それらは計算パズルのピースとなるのです。
この原理を用いて、研究者たちは30個の論理ゲート（約500本のDNA鎖）からなるDNAコンピューターを用いて、正確な平方根計算を実行しました。そして、あらゆるコンピューティングおよび情報処理分野において、精度は何よりも重要です。この実証済みの精度を用いて、研究者たちはこの小型DNAコンピューターを用いて、腎臓がんに関連する3つの遺伝子分子を特定しました。2時間以内に、コンピューターは特定された分子を含むサンプルと含まないサンプルを正確に判別することができました（23個のサンプルプール内、18個は健康サンプル、5個は肺がんを呈していました）。
量子コンピューティング、DNAコンピューティングといった、正確で特化したコンピューティング形態のさらなる進歩は、研究者や人類が世界を理解する上で役立つでしょう。そのため、将来のコンピューティング環境が今日のものと似たものになる可能性は高いでしょう。特に、異なるコンピューティングアーキテクチャの相互運用性が求められるようになるでしょう。おそらくDNAコンピューティングは、試験管の中に浮かぶ汎用処理コンピュータではなく、超高密度のコールドストレージを提供することで最も重要なものとなるでしょう（試験管の中に浮かぶ汎用処理コンピュータは確かに存在しますが、皆さんはどう思われるか分かりませんが、私はそのようなことは予想していませんでした）。どうなるかは誰にも分かりません。
Francisco Pires 氏は、Tom's Hardware のフリーランス ニュース ライターであり、量子コンピューティングに関心を持っています。
