Väikesed Molekulid Võivad Probleemid Lahendada. Superarvutid Võtavad Elu Kestma

{h1}

Uued uurimistulemused leiavad, et bioloogilisi molekule, mis aitavad lihaseid kokku leppida, võiks ühel päeval kasutada raskesti lahendatavate probleemide lahendamiseks, mida traditsioonilised superarvutid võtaksid elu jooksul purustama.

Molekulid, mis aitavad lihaseid kokku hoida, võivad ühel päeval ajada uue molekulaarse superarvuti uut tüüpi, ütlevad teadlased.

Need bioloogilised arvutid võisid kiiresti lahendada keerukaid probleeme, mida tavapärased superarvutid võtaksid elu jooksul või rohkem, et praguneda, lisas teadlased.

Kaasaegsed superarvutid on üllatavalt võimas. Hiina kiireim superarvuti, Tianhe-2 Hiinas, suudab teostada kuni 55 quadrillion arvutusi sekundis, mis on palju tuhandeid kordi rohkem kui lauaarvuti või videomängukonsool.

Kuid tavapärased superarvutid toimivad tavaliselt korraga, ükshaaval korraga. Seevastu ajud saavad täita mitmeid toiminguid samaaegselt või paralleelselt. Inimjuur mõjutab ka neid rakulisi protsesse, muundades molekuli adenosiintrifosfaadi või ATP-i muul molekulaarsel kujul keemiliselt protsessi, mis toodab palju vähem soojust kui ränidioksiidid.

Need tegurid võivad osaliselt seletada, miks ajud saavad teatud probleeme lahendada palju kiiremini, kui tavalised superarvutid saavad vähem energiat tarbides. Näiteks inimese aju tarbib vaid umbes 20 vatti võimsust, mis on vaevu piisavalt väikese lambipirni käivitamiseks, samal ajal kui Tianhe-2 tarbib umbes 17,8 megavatti võimsust, millest piisab umbes 900 000 lambipirnist. [10 asja, mida sa ei teadnud ajust]

Bioloogiline arvuti

Nüüd on teadlased väitnud, et ATP võib aidata jõudu luua uut arvutit, mis teostab paralleelselt arvutusi, mis on mõnevõrra sarnased inimese aju tööga.

"Probleemid, mida elektroonilised arvutid suudavad väga hästi lahendada, püüame lihtsalt lahendada probleeme, mida elektroonilised arvutid ei lahenda," rääkis WordsSideKick.comi vanemautor Dan Nicolau Sr., McGilli ülikooli keemiatehnik Montrealis.

Nicolau alustas tööd selle seadme ideega rohkem kui kümme aastat tagasi oma pojaga, õppides juhtiv autor Dan Nicolau Jr. California Ülikoolis Berkeley. "See hakkas kui tagasitäpne idee, kui ma arvan, et liiga palju rummi koos joonistega, mis nägid välja väikesed ussid, kes uurisid mazisid," ütles vanem Nicolau avalduses.

Need rummil töötavad scribblings muutus lõpuks ruudukujuliseks, klaaskattega ränikipsiks umbes 0,6 tolli (1,5 sentimeetriga) laiusega, kusjuures kaks teadlast olid söövitatud mikroskoopilistest kanalitest, millest igaüks on vähem kui 250 nanomeetri laiune. (See on väiksem kui nähtava valguse lainepikkus.) Kiip koos oma vähese hulga kanalite võrguga näeb välja natuke nagu linna teedevõrgu miniaatversioon.

Teadlased saatsid kanalite sees ujumise valgud, liikudes niiviisi nagu autod sõidavad linna teedel. Need ained, nagu teadlased nimetasid neid, koosnesid aktiini kiududest ja mikrotuubulitest, mis moodustavad rakkude sisemise struktuuri. Ained käitusid molekulaarsete mootoritega nagu müosiin, mis aitab lihaseid kokku hoida, ja kinesiini, mis aitab transportida lasti siseruumides. Teadlased kasutasid ATP-d nende molekulaarsete mootorite võimendamiseks ja lisasid fluorestsentsmärgiseid ainetele, et jälgida neid visuaalselt.

Ained sisestavad seadme ühe nurga ja võivad lahkuda paljudest erinevatest väljapääsudest. Nad võivad juhuslikult redigeerida erinevate kanalite kaudu mitme kiibi sees olevasse ristmikku. Seadme kanalite paigutus vastab probleemile, mida teadlased soovivad lahendada, ja väljund, mida agendid valivad, kujutavad endast võimalikke vastuseid.

Sissetungimatud probleemid

Uurijad katsetasid oma uut seadet probleemide rühma, mida nimetatakse NP-täielikeks probleemideks. Sellises hämmelduses võib olla võimalik kiiresti kinnitada, kas antud lahendus võib olla või mitte, kuid probleemi ei saa kiiresti leida parima lahenduse leidmiseks.

Ühe klassikalise näitena NP-täielikest mõistatustest on "reisiomanike probleem", kus keegi antakse linnade loendisse ja peab leidma lühima võimaliku marsruudi linnast, mis külastab igal teisel linna täpselt ühe korra ja naaseb algusesse. Kuigi võib-olla saab kiiresti teada saada, kas marsruut jõuab kõikidesse linnadesse ja ei käi üheski linnas enam kui korra, kinnitades, kas see marsruut on kõige lühem, hõlmab iga kombinatsiooni proovimist. See rändevoogude strateegia kasvab tunduvalt keerukamaks, kuna linnade arv kasvab.

Nimetatud probleemi lahendamine võib parandada kaupade laevandust ja andmepakettide suunamist, ütles teadlaste sõnul. [Top 10 leiutisi, mis muutsid maailma]

Kui teadlased soovisid kasutada oma seadmeid, et rünnata reklaamiomanike probleemi, saadavad nad nendes võrkudes räägivad lugematuid molekule, "nagu saates miljoneid rändkaubitsejaid, kes töötavad linnast linnalt ja näevad, millised teed on kõige lootustandevamad". Ütles Nicolau.

Uurimuste viimaste eksperimentide käigus testiti nende uut seadet alamhulga summa probleemi NP-täieliku versiooniga. Selles probleemis antakse ühele täisarvude kogum - täisarvud nagu 1 ja negatiivne 1, kuid mitte murdarvud nagu pool - ja peavad leidma, kas nende täisarvude alamhulk on null.

Kolme täisarvu - 2, 5 ja 9 - katsetes näitasid teadlased, et nende seade sai õige vastuse peaaegu kogu aeg.Seade tarbiks umbes 10 000 korda vähem energiat arvutamise kohta kui elektroonikad arvutid, teatasid teadlased uuringus, mis on avaldatud veebiaadressil 22. veebruaril National Academy of Sciences ajakirjas Proceedings of the National Academy of Sciences.

Selle lihtsa probleemi lahendamine võib tunduda triviaalne, kuid uus seade on kiibi keerukamate versioonide tõestuseks, mis võib lahendada keerukamaid probleeme, ütles teadlaste sõnul. Näiteks alamhulga summa probleem muutub eksponentsiaalselt raskemaks, seda rohkem on vaja täisarvu analüüsida. "Parim võimalik sülearvuti nüüd ei suuda lahendada alamhulk summa, mis hõlmab esimesed 30 prime numbrid," Nicolau ütles.

Varasemad uuringud näitasid, et "lahendades ühe NP-täieliku probleemi, saab neid kõiki lahendada," ütles Nicolau. "Kindlasti, kui meie töö võib pöörduda reisimüüja probleemi, võib see olla väga praktilisi rakendusi."

Kuid teised lähenemisviisid, nagu näiteks kvantarvutused, teevad ka arvukalt arvutusi samaaegselt, kvantarvutides kasutatavad komponendid kergemini katkestatakse kui uues uuringus kasutatud molekulaarmasinad, ütles teadlaste sõnul.

Selle lähenemise üks potentsiaalseid piiranguid on see, kuidas kõik ained asetatakse praegu igasse kiibi ühes nurgas seadmetesse, ütles teadlaste sõnul.

"Mida rohkem ained teil on, seda rohkem kulub nende söötmiseks ja arvutamiseks," ütles Nicolau. "Selle probleemi lahendamiseks on mitu võimalust, näiteks iga seadme jagamine mitmeks seadmeks, millest igaüks lahendab probleemi osa."

Jälgi Charles Q. Choi vidistama @ cqchoi. Järgne meile @wordssidekick, Facebook & Google+. Algne artikkel WordsSideKick.com kohta.


Video Täiendada: .




ET.WordsSideKick.com
Kõik Õigused Reserveeritud!
Mistahes Materjalide Reprodutseerimine Lubatud Ainult Prostanovkoy Aktiivne Link Saidile ET.WordsSideKick.com

© 2005–2019 ET.WordsSideKick.com