डीएनए कंप्यूटर कैसे काम करेंगे

यहां तक ​​​​कि जब आप इस लेख को पढ़ते हैं, तो कंप्यूटर चिप निर्माता अगला माइक्रोप्रोसेसर बनाने के लिए उग्र रूप से दौड़ रहे हैं जो गति रिकॉर्ड को गिरा देगा। जल्दी या बाद में, हालांकि, यह प्रतियोगिता एक दीवार से टकराने के लिए बाध्य है। सिलिकॉन से बने माइक्रोप्रोसेसर अंततः गति और लघुकरण की अपनी सीमा तक पहुंच जाएंगे। चिप निर्माताओं को तेज कंप्यूटिंग गति का उत्पादन करने के लिए एक नई सामग्री की आवश्यकता होती है।

आपको विश्वास नहीं होगा कि वैज्ञानिकों को अगली पीढ़ी के माइक्रोप्रोसेसरों के निर्माण के लिए आवश्यक नई सामग्री कहाँ से मिली है। आपके शरीर सहित जीवित जीवों के अंदर लाखों प्राकृतिक सुपर कंप्यूटर मौजूद हैं। डीएनए (डीऑक्सीराइबोन्यूक्लिक एसिड) अणु, जिस सामग्री से हमारे जीन बने हैं, उसमें दुनिया के सबसे शक्तिशाली मानव निर्मित कंप्यूटरों की तुलना में कई गुना तेजी से गणना करने की क्षमता है। एक तथाकथित बायोचिप बनाने के लिए डीएनए को एक दिन कंप्यूटर चिप में एकीकृत किया जा सकता है जो कंप्यूटर को और भी तेज कर देगा। जटिल गणितीय समस्याओं को करने के लिए डीएनए अणुओं का पहले ही उपयोग किया जा चुका है।

अपनी प्रारंभिक अवस्था में रहते हुए, डीएनए कंप्यूटर आपके पर्सनल कंप्यूटर की तुलना में अरबों गुना अधिक डेटा संग्रहीत करने में सक्षम होंगे। इस लेख में, आप सीखेंगे कि कैसे वैज्ञानिक नैनो-कंप्यूटर बनाने के लिए आनुवंशिक सामग्री का उपयोग कर रहे हैं जो अगले दशक में सिलिकॉन-आधारित कंप्यूटरों की जगह ले सकते हैं।

डीएनए कंप्यूटर अभी तक आपके स्थानीय इलेक्ट्रॉनिक्स स्टोर पर नहीं मिले हैं। तकनीक अभी भी विकास में है, और एक दशक पहले एक अवधारणा के रूप में भी अस्तित्व में नहीं थी। 1994 में, लियोनार्ड एडलमैन ने जटिल गणितीय समस्याओं को हल करने के लिए डीएनए का उपयोग करने का विचार पेश किया। एडलमैन, दक्षिणी कैलिफोर्निया विश्वविद्यालय के एक कंप्यूटर वैज्ञानिक , इस निष्कर्ष पर पहुंचे कि 1953 में डीएनए की संरचना की सह-खोज करने वाले जेम्स वाटसन द्वारा लिखित पुस्तक "मॉलिक्यूलर बायोलॉजी ऑफ द जीन" को पढ़ने के बाद डीएनए में कम्प्यूटेशनल क्षमता थी। वास्तव में, डीएनए एक कंप्यूटर हार्ड ड्राइव के समान है जिसमें यह आपके जीन के बारे में स्थायी जानकारी संग्रहीत करता है।

एडलमैन को अक्सर डीएनए कंप्यूटर का आविष्कारक कहा जाता है। साइंस जर्नल के 1994 के एक अंक में उनके लेख ने बताया कि एक प्रसिद्ध गणितीय समस्या को हल करने के लिए डीएनए का उपयोग कैसे किया जाए, जिसे निर्देशित हैमिल्टन पथ समस्या कहा जाता है, जिसे "ट्रैवलिंग सेल्समैन" समस्या के रूप में भी जाना जाता है। समस्या का लक्ष्य कई शहरों के बीच सबसे छोटा रास्ता खोजना है, प्रत्येक शहर से केवल एक बार गुजरना। जैसे-जैसे आप समस्या में और शहर जोड़ते जाते हैं, समस्या और कठिन होती जाती है। एडलमैन ने सात शहरों के बीच सबसे छोटा रास्ता खोजना चुना।

आप शायद इस समस्या को कागज पर निकाल सकते हैं और एडलमैन ने अपने डीएनए टेस्ट-ट्यूब कंप्यूटर का उपयोग करके तेजी से समाधान निकाला है। एडलमैन डीएनए कंप्यूटर प्रयोग में उठाए गए कदम यहां दिए गए हैं:

एडलमैन डीएनए कंप्यूटर की सफलता यह साबित करती है कि जटिल गणितीय समस्याओं की गणना के लिए डीएनए का उपयोग किया जा सकता है। हालाँकि, यह प्रारंभिक डीएनए कंप्यूटर गति के मामले में सिलिकॉन-आधारित कंप्यूटरों को चुनौती देने से बहुत दूर है । एडलमैन डीएनए कंप्यूटर ने बहुत जल्दी संभावित उत्तरों का एक समूह बनाया, लेकिन एडलमैन को संभावनाओं को कम करने में कई दिन लग गए। उनके डीएनए कंप्यूटर की एक और कमी यह है कि इसके लिए मानवीय सहायता की आवश्यकता होती है । डीएनए कंप्यूटिंग क्षेत्र का लक्ष्य एक ऐसा उपकरण बनाना है जो मानवीय भागीदारी से स्वतंत्र रूप से काम कर सके।

एडलमैन के प्रयोग के तीन साल बाद, रोचेस्टर विश्वविद्यालय के शोधकर्ताओं ने डीएनए से बने लॉजिक गेट विकसित किए। लॉजिक गेट्स इस बात का एक महत्वपूर्ण हिस्सा हैं कि आपका कंप्यूटर उन कार्यों को कैसे करता है जिन्हें आप करने की आज्ञा देते हैं। ये गेट कंप्यूटर के माध्यम से चलने वाले बाइनरी कोड को सिग्नल की एक श्रृंखला में परिवर्तित करते हैं जो कंप्यूटर संचालन करने के लिए उपयोग करता है। वर्तमान में, लॉजिक गेट सिलिकॉन ट्रांजिस्टर से इनपुट संकेतों की व्याख्या करते हैं , और उन संकेतों को एक आउटपुट सिग्नल में परिवर्तित करते हैं जो कंप्यूटर को जटिल कार्य करने की अनुमति देता है।

रोचेस्टर टीम के डीएनए लॉजिक गेट्स एक ऐसा कंप्यूटर बनाने की दिशा में पहला कदम है जिसकी संरचना इलेक्ट्रॉनिक पीसी के समान है । तार्किक संचालन करने के लिए विद्युत संकेतों का उपयोग करने के बजाय, ये डीएनए लॉजिक गेट डीएनए कोड पर निर्भर करते हैं। वे इनपुट के रूप में आनुवंशिक सामग्री के टुकड़ों का पता लगाते हैं , इन टुकड़ों को एक साथ विभाजित करते हैं और एक एकल आउटपुट बनाते हैं। उदाहरण के लिए, "एंड गेट" नामक एक आनुवंशिक गेट दो डीएनए इनपुट को रासायनिक रूप से बांधकर जोड़ता है ताकि वे एक अंत-से-अंत संरचना में बंद हो जाएं, जिस तरह से दो लेगो को उनके बीच तीसरे लेगो द्वारा बांधा जा सकता है। शोधकर्ताओं का मानना ​​​​है कि डीएनए कंप्यूटिंग में एक सफलता बनाने के लिए इन लॉजिक गेट्स को डीएनए माइक्रोचिप्स के साथ जोड़ा जा सकता है।

डीएनए कंप्यूटर घटकों - लॉजिक गेट्स और बायोचिप्स - को एक व्यावहारिक, व्यावहारिक डीएनए कंप्यूटर के रूप में विकसित होने में वर्षों लगेंगे। यदि ऐसा कंप्यूटर कभी बनाया जाता है, तो वैज्ञानिकों का कहना है कि यह पारंपरिक कंप्यूटरों की तुलना में अधिक कॉम्पैक्ट, सटीक और कुशल होगा। अगले भाग में, हम देखेंगे कि डीएनए कंप्यूटर अपने सिलिकॉन-आधारित पूर्ववर्तियों को कैसे पार कर सकते हैं, और ये कंप्यूटर कौन से कार्य करेंगे।

सिलिकॉन को पार करना?

हालांकि डीएनए कंप्यूटर सिलिकॉन-आधारित माइक्रोप्रोसेसरों से आगे नहीं बढ़े हैं, शोधकर्ताओं ने गणना के लिए आनुवंशिक कोड का उपयोग करने में कुछ प्रगति की है। 2003 में, इजरायल के वैज्ञानिकों ने एक सीमित, लेकिन कार्यशील, डीएनए कंप्यूटर का प्रदर्शन किया। आप इसके बारे में नेशनल ज्योग्राफिक में अधिक पढ़ सकते हैं ।

सिलिकॉन माइक्रोप्रोसेसर 40 से अधिक वर्षों से कंप्यूटिंग की दुनिया का दिल रहे हैं। उस समय में, निर्माताओं ने अपने माइक्रोप्रोसेसरों पर अधिक से अधिक इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों को समेट दिया है। मूर के नियम के अनुसार , माइक्रोप्रोसेसर पर लगाए गए इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों की संख्या हर 18 महीने में दोगुनी हो गई है। मूर के नियम का नाम इंटेल के संस्थापक गॉर्डन मूर के नाम पर रखा गया है, जिन्होंने 1965 में भविष्यवाणी की थी कि माइक्रोप्रोसेसरों की जटिलता हर दो साल में दोगुनी हो जाएगी। कई लोगों ने भविष्यवाणी की है कि सिलिकॉन माइक्रोप्रोसेसरों की भौतिक गति और लघुकरण सीमाओं के कारण मूर का नियम जल्द ही अपने अंत तक पहुंच जाएगा।

डीएनए कंप्यूटर में कंप्यूटिंग को नए स्तरों पर ले जाने की क्षमता है, जहां मूर का नियम छूटता है। सिलिकॉन के बजाय डीएनए का उपयोग करने के कई फायदे हैं:

डीएनए का मुख्य लाभ यह है कि यह कंप्यूटरों को उनके सामने आए किसी भी कंप्यूटर से छोटा बना देगा, साथ ही साथ अधिक डेटा भी रखेगा। एक पाउंड डीएनए में अब तक बनाए गए सभी इलेक्ट्रॉनिक कंप्यूटरों की तुलना में अधिक जानकारी संग्रहीत करने की क्षमता है; और डीएनए लॉजिक गेट्स का उपयोग करते हुए एक अश्रु-आकार के डीएनए कंप्यूटर की कंप्यूटिंग शक्ति, दुनिया के सबसे शक्तिशाली सुपर कंप्यूटर से अधिक शक्तिशाली होगी। 10 ट्रिलियन से अधिक डीएनए अणु 1 क्यूबिक सेंटीमीटर (0.06 क्यूबिक इंच) से बड़े क्षेत्र में फिट हो सकते हैं। डीएनए की इस छोटी सी मात्रा के साथ, एक कंप्यूटर 10 टेराबाइट डेटा रखने और एक बार में 10 ट्रिलियन गणना करने में सक्षम होगा । अधिक डीएनए जोड़कर, अधिक गणना की जा सकती है।

पारंपरिक कंप्यूटरों के विपरीत, डीएनए कंप्यूटर अन्य गणनाओं के समानांतर गणना करते हैं। पारंपरिक कंप्यूटर एक समय में एक कार्य करते हुए रैखिक रूप से संचालित होते हैं। यह समानांतर कंप्यूटिंग है जो डीएनए को जटिल गणितीय समस्याओं को घंटों में हल करने की अनुमति देता है, जबकि इलेक्ट्रिकल कंप्यूटरों को उन्हें पूरा करने में सैकड़ों साल लग सकते हैं।

पहले डीएनए कंप्यूटर में वर्ड प्रोसेसिंग, ई-मेलिंग और सॉलिटेयर प्रोग्राम की सुविधा होने की संभावना नहीं है । इसके बजाय, उनकी शक्तिशाली कंप्यूटिंग शक्ति का उपयोग राष्ट्रीय सरकारों द्वारा गुप्त कोड को क्रैक करने के लिए, या एयरलाइनों द्वारा अधिक कुशल मार्गों को मैप करने के लिए किया जाएगा। डीएनए कंप्यूटरों का अध्ययन हमें एक अधिक जटिल कंप्यूटर - मानव मस्तिष्क की बेहतर समझ की ओर ले जा सकता है ।

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