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视觉中国

如今，无论在生活还是在工作中，我们都离不开计算机的帮忙。然而，，目前电子计算的并行运算速度和存储能力面临发展瓶颈，科学家开始寻找新的计算媒介。

，加州理工学院的科学家研发出可广泛编程的DNA计算机，其有望完成多重计算任务，相关成果刊登在《自然》杂志上。

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那么，DNA计算机的原理是什么？与传统的电子计算机相比它有哪些优势？，采访了相关专家。

电子芯片发展遭遇物理极限

在介绍“大神”DNA计算机前，我们要先讲讲它的“前辈”——电子计算机。

别看电子计算机能为我们解决很多难题，但对于一些难度较大的数学问题，它也束手无策。例如，哈密尔敦路径问题，即假定，计算机要规划出一。，电子计算机，100，电子计算机就会“忙不过来”，要找出这条路线或许需要数百年。

在生活中，我们或许很少会遇到这类“烧脑”难题，，由于数据存储量的激增，大体量计算任务也会随之增多。

“如今，传统电子计算机的算力逐渐接近‘天花板’，未来可能无法满足巨大的计算需求。”厦门大学信息科学与技术学院教授刘向荣介绍道，为了提高计算机的运算速度，其内部电路的集成度会越来越高，芯片上的晶体管也会愈发密集。目前管道之间的距离约为10纳米，该距离一旦小于1纳米，就会出现问题。比如，电子在运动过程中将穿过晶体管壁，“乱成一锅粥”，无法再形成稳定有序的电路，致使计算无法正常进行。

“按照摩尔定律的说法，集成电路上可容纳的元器件的数目每隔约18到24个月便会增加一倍。”刘向荣说。

不过随着芯片技术的不断发展，摩尔定律也逐渐遇到了物理法则的限制。目前，晶体管的体积已达到纳米级别，继续缩小的可能性正在变小，摩尔定律所预言的发展轨迹似乎已再难延续。

于是，部分科学家开始寻找能力更强大的、可突破目前电子计算机瓶颈的下一代计算机。

利用生化反应在液体里进行计算

科学家将目光投向了生物领域，在那里寻找“后补选手”。

1994年，图灵奖获得者、美国科学家阿德拉曼提出基于生物化学反应机理的DNA计算模型，推开了DNA计算的大门。

DNA，即脱氧核糖核酸，是具有双螺旋结构的有机化合物。那么，染色体中的DNA是怎么完成计算任务的？

“DNA计算是以DNA和相关生物酶为基本材料，利用某些生化反应进行计算的一种新型的分子生物计算方法。”北京大学信息科学技术学院副研究员张成，它主要是利用DNA分子特有的双螺旋结构和碱基互补配对原则进行计算。

其具体的计算步骤为，首先工作人员对待解决的问题进行编码，即将运算对象编码成DNA分子链（单链或双链）；其次是将编码后的DNA分子链混入生物酶溶液中，生成各种数据池；然后在生物酶的作用下，按照一定规则将解决问题的过程映射成DNA分子链的可控生化反应的过程；最后，利用分子生物技术，如聚合酶链式反应等，得到最终的运算结果。

“与电子计算的操作不同，DNA计算属于‘湿实验’，即大部分运算都在液体里进行。”张，在DNA计算环境下，要想读取数据，可不像电子计算机这么方便，看一眼电子屏幕就成了，而是需要通过凝胶电泳、荧光成像、原子力显微镜、透射电镜等生物分子检测技术获得计算结果。

存储力和算力远超传统方式

张成介绍道，DNA计算的最大优势在于其高并行性，即DNA的每条单链都可被看成是一台计算设备，其内部海量的链条则可被看成一个“机房”，这就相当于成百上千台。

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这种高并行性极大地提升了运算速度。举例来说，若想从亿万人中找出一个手拿钉子的人，传统的电子计算机往往要一个一个筛，直到检索出目标；而DNA计算模式，则可并行对1018，其计算速度相当可观。“高并行性让DNA计算具备了进行大规模计算的能力，可用于专用计算。”刘向荣表示。

北京大学信息科学技术学院教授许进曾撰文表示，一台DNA计算机在一周的运算量或相当于所有电子计算机问世以来的总运算量。

“除具有高并行性外，DNA分子还具有海量存储能力，这也是DNA计算的另一优势。”张成指出，长，电子计算机芯片等元器件的集成能力愈发接近瓶颈，亟待开发新的存储媒介。

DNA作为信息的载体，其贮存容量巨大。1立方米的DNA溶液可存储1万亿亿个二进制数据，远超当前全球所有电子计算机的总储存量。

近年来，不仅很多科学家热衷于研究DNA存储，一些企业也将目光投向这一领域。微软研究院计划于2020年前将DNA存储系统投入到数据中心中使用，华为战略研究院也将DNA存储纳入未来研发计划中。

此外，许进还提到，DNA计算机所消耗的能量只占一台电子计算机完成同样计算任务所消耗能量的十亿分之一。

DNA计算技术落地或需20年

“高大上”的DNA计算，能被用在哪儿呢？

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“在信息技术领域中，基于DNA计算的强大运算能力，其有望被应用于密码破译或超大规模信息处理等业务中。”刘向荣表示，现有的密码体系之所以安全、可靠，并非在于其无法被破译，而，可能需要上百年。而DNA计算则有望将同一、甚至更短，“溃不成军”。

在北京理工大学计算机学院副教授闫怀志看来，生物医药也将是DNA计算主要的应用场景之一。“DNA计算由于其融合应用了电子技术和生物技术，使得电脑与人脑相结合的‘人机合一’成为可能。可以设想，采用DNA计算技术，甚至能在人体或细胞内直接植入人造生物芯片、运行计算机程序。”闫怀志说。

“利用DNA计算技术，科学家可在细胞内植入DNA纳米机器人和分子电路，完成细胞功能调控。例如，北京大学相关团队构建的多种DNA分子电路，可对某种肿瘤标志物进行特异性识别，进而实现快速诊断。”张成说。

“此外，得益于DNA分子链本身的微小性、可折叠性及高度稳定性，DNA分子存储技术近年来受到广泛关注。”张成指出，科学家已经把莎士比亚的诗、马丁·路德金的演讲等信息通过分子编码，成功以DNA形式进行存储。DNA硬盘或将于不久后问世。

，专家也表示，目前来看，DNA计算技术落地仍面临诸多挑战。

“目前学界、高灵敏度的检测DNA单分子的技术手段。DNA运算结果信号往往为微小、微量的DNA单分子，如何增强这种纳米级别的信号或提升单分子检测技术的能力，需要我们进一步努力。”刘向荣指出。

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新技术只有走出实验室，才能体现其价值，造福大众。张成坦言，目前由于DNA计算技术相关研究仍属于前沿基础研究范畴，。“因此，我们亟须加强相关的应用研究，。”张成说。

幸福的婚姻爱情和用心经营，也不能少了爱情的结晶，如果一对夫妻一直想要孩子却没能如愿，往往会影响婚姻质量，随着医学的进步和发展，不孕不育能够很好的得到治疗，做试管婴儿可以说是一个大“工程”，所以很多朋友都在好奇做试管婴儿有哪些程序?

试管婴儿需要检查明确诊断后在确定是否治疗。如果女性有双侧输卵管阻塞或缺如，如果她患的是严重的子宫内膜异位症或男性伴侣的精子计数低，原因不明的不孕或任何其他原因外部分的输卵管受精发生在不发生，这是可以做试管婴儿的。

做试管婴儿程序有促排、取卵，取卵是一个小手术，可以是在全身麻醉下或是在局部麻巢下进行。经阴道超声仪引导，将取卵针穿过阴道，直达卵巢吸取卵子后，实验室人员立即在显微镜下将吸到的卵子移到含有胚胎培养液的培养皿中，置于37℃的培养箱中培养。然后取精、体外受精、胚胎移植，做试管婴儿的注意事项如下：

移植前后注意事项：一般在取卵后2-3天根据胚胎发育情况进行胚胎移植。移植前要适量保留尿液，以便在B超监测下使胚胎移植部位准确。不要行房事，不要做剧烈的体力活动、运动。避免较热的淋浴特别是桑拿浴，不要到美容店洗发、染发、按摩。可做一些轻松的活动和日常工作，不要久坐，久站。

试管婴儿并不是想象中的那样繁琐，最重要的是以平常心对待，这样才有利于提高成功率，。

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