Lupakan silikon – DNA mungkin menjadi masa depan komputasi kuantum
Para peneliti telah menemukan cara untuk memanipulasi DNA Pada tingkat atom menggunakan gradien medan listrik untuk mengendalikan putaran nuklir nitrogen.
Temuan mereka menunjukkan bahwa DNA dapat digunakan sebagai mekanisme penyimpanan dan perhitungan di masa depan Komputasi kuantum perangkat.
Membuka DNA untuk komputasi kuantum
Sebuah studi baru -baru ini oleh para peneliti dari Peking University menyoroti potensi resonansi listrik nuklir untuk mengendalikan putaran nuklir atom nitrogen dalam DNA menggunakan gradien medan listrik. Terobosan ini menunjukkan bahwa suatu hari DNA dapat dimanipulasi untuk tujuan komputasi.
Dengan menggabungkan simulasi dinamika molekuler, perhitungan kimia kuantum, dan analisis teoritis, penelitian ini mengungkapkan bagaimana gradien medan listrik berinteraksi dengan atom nitrogen dalam DNA, yang mengkode baik informasi genetik dan struktural melalui orientasi putaran nuklir.
Temuan ini diterbitkan baru -baru ini Komputasi Cerdasjurnal mitra sains, dalam sebuah artikel akses terbuka berjudul “Mengandalkan informasi genetik dan struktural dalam DNA menggunakan gradien medan listrik dan putaran nuklir.”
Mendekode pola putaran dalam DNA
“Penelitian kami telah meluncurkan pola arah sumbu utama gradien medan listrik di nitrogen atom Situs dalam molekul DNA, menunjukkan bahwa arah ini terkait erat dengan jenis basis dan struktur 3D DNA, ”kata penulis. Pada dasarnya, orientasi spin nuklir atom nitrogen menyimpan informasi tentang urutan DNA dan bentuk 3D -nya. Wawasan ini membuka pintu menuju kemungkinan menggunakan DNA sebagai sistem penyimpanan data dalam komputasi kuantum.
Agar DNA berfungsi sebagai perangkat komputasi, ia juga harus memiliki mekanisme pemrosesan. Studi ini menunjukkan bahwa putaran nuklir proton – lebih kompleks dan bervariasi daripada putaran nitrogen – dapat berinteraksi dengan atom nitrogen untuk memfasilitasi perhitungan. Interaksi ini dapat memungkinkan sistem komputasi kuantum berbasis DNA, memajukan potensi molekul biologis yang akan digunakan dalam teknologi komputasi generasi berikutnya.
Bagaimana atom nitrogen membentuk potensi kuantum DNA
Atom nitrogen dalam DNA terikat dengan tiga atau dua atom, menghasilkan orientasi gradien medan listrik yang berbeda. Dalam kasus sebelumnya, sumbu utama selalu tegak lurus terhadap bidang dasar, sedangkan pada yang terakhir, sumbu utama baik selaras dengan bistor ikatan atau dekat dengan tegak lurus, tergantung pada jenis dasar dan nitrogen. Orientasi ini bervariasi di empat pangkalan: adenin, guanin, sitosin, dan timin.
Selain itu, simulasi sistem spin menganalisis data gradien medan listrik dari basis yang berdekatan, menunjukkan bahwa untuk atom nitrogen yang terikat dengan atom pada adenin dan guanin, sudut defleksi orientasi putaran nuklir selaras secara konsisten dengan sudut defleksi struktural dari basis. Namun, sitosin dan timin menunjukkan lebih banyak variabilitas, tanpa aturan tetap untuk orientasi nitrogen.
Mensimulasikan yang tidak terlihat: pemodelan molekuler sedang beraksi
Untuk menyelidiki gradien medan listrik dalam DNA, penulis menggunakan simulasi dinamika molekuler untuk memodelkan koordinat atom molekul DNA dari waktu ke waktu. Mereka menggunakan sistem DNA terlarut dengan ion tambahan untuk memastikan netralitas, menerapkan langkah keseimbangan dan simulasi yang ketat. Perhitungan kimia kuantum kemudian dilakukan pada subset nukleotida yang dipilih, dengan fokus pada posisi atom nitrogen dalam basis DNA. Komponen gradien medan listrik dianalisis untuk mengekstraksi arah sumbu utama dan nilai eigen.
Dengan membandingkan sudut defleksi dari struktur dua basa homogen yang berdekatan dalam DNA dengan sudut defleksi gradien medan listrik dari nuklei, penulis menyelidiki ketergantungan sudut defleksi dari orientasi pemintalan nuklir yang dikelilingi oleh proten dari proten dari spin nuclear nuclear.
Building on the Past: Memperluas Perbatasan Quantum
Studi ini mengikuti penelitian penulis sebelumnya, yang berfokus pada potensi resonansi listrik nuklir untuk mengendalikan putaran nuklir ion natrium pada membran fosfolipid menggunakan gradien medan listrik.
Studi baru ini memperluas temuan sebelumnya, mengungkap hubungan yang rumit antara gradien medan listrik, orientasi atom nitrogen, dan struktur dasar DNA, memperdalam pemahaman melakukan perhitungan DNA melalui intervensi buatan pada tingkat molekuler, dan membuka jalan bagi pendekatan inovatif untuk desain komputer kuantum di masa depan dan pemrosesan informasi genetik.
Referensi: “Mengandalkan informasi genetik dan struktural dalam DNA menggunakan gradien medan listrik dan putaran nuklir” oleh Yu Zheng dan Quansheng Ren, 12 Desember 2024, Komputasi Cerdas.
Doi: 10.34133/icomputing.0094
