Сахарный компьютер решает арифметические задачи

В химической лаборатории Университета Фридриха Шиллера в Йене (Friedrich Schiller University Jena), Германия, доктор Александр Шиллер (Alexander Schiller) работает с пластиковой доской, в которой 384 небольших углубления. С помощью пипетки химик добавляет капли сахарного раствора в ряды крошечных реакционных сосудов. Как только в сосуды попадает сироп, некоторые из них начинают светиться.

То, что делает профессор фотонных материалов в упрощённом виде можно было бы назвать «самым сладким компьютером в мире». Молекулы сахара, использованные Шиллером, являются частью химической последовательности для обработки информации.

Химик из Йенского университета и два его аспиранта Мартин Эльштерн (Martin Elstner) и Йорг Акстхельм (Jörg Axthelm) недавно описали свою работу в научном журнале Angewandte Chemie International Edition. Они поделились с общественностью тем, каким образом работает их молекулярный компьютер на основе сахара.

При всей сложности современной цифровой электроники в её основе лежит простая логическая двоичная система, использующая электрический ток. Либо ток (напряжение) есть, и тогда состояние логического элемента описывается как единица, либо его нет, когда элемент находится в состоянии нуля.

Принципиальные различия между двумя логическими состояниями «1» и «0» могут быть описаны не только с помощью электротока. Исследователи из Йены использовали для этого химическую реакцию.

Их «сахарный компьютер» использует несколько химических веществ. Одно из них — флуоресцентный краситель, другое — так называемый подавитель флюоресценции. «Если в наличии оба компонента, краситель не проявляет своего действия и мы не видим флюоресцентного сигнала», - поясняет Шиллер. Но при появлении сахара подавитель вступает с ним в реакцию и теряет способность подавлять свет. Таким образом химическая ячейка переходит из состояния ноля при отсутствии светового сигнала в состоянии единицы в зависимости от комбинации веществ: красителя, подавителя флюоресценции и сахара.

«В нашей системе мы связываем химические реакции с компьютерными алгоритмами, чтобы обрабатывать сложную информацию, - рассказывает Мартин Эльштерн. - Если регистрируется флюоресцентный сигнал, алгоритм определяет, что происходит в следующем реакционном сосуде». Таким образом логические сигналы не переводятся в электрическую форму, как в компьютере, а обрабатываются в зависимости от состояния вещества.

Работоспособность химического компьютера исследователи продемонстрировали, рассчитав сумму двух чисел, 10+15. «Это заняло у нашего сахарного компьютера около 40 минут, но результат был правильным, - улыбаясь говорит профессор Шиллер и уточняет: — Но наша цель не в том, чтобы развивать химическую конкуренцию стабильным компьютерным чипам».

Исследователь видит область применения своего изобретения в медицинской диагностике. Возможно со временем химические вычисления могут быть использованы для медицинских анализов. Молекулярная логика поможет принять точное решение о диагнозе и стратегии лечения пациентов.

по материалам FSUJ