Dall’Irlanda un computer di DNA da 100 bit in una goccia d’acqua

Un computer a silicio mangia corrente di continuo, e in Irlanda il 23% dell’elettricità finisce già in calcolo e archiviazione di dati. A Maynooth hanno provato un’altra strada: una goccia d’acqua dove miliardi di molecole di DNA si dispongono da sole nell’unica forma stabile, che coincide con la risposta giusta, senza che nessuno le spinga passo dopo passo. Si chiama Scaffolded DNA Computer, o SDC.

Come calcola un computer di DNA senza seguire istruzioni

Funziona un po’ come un puzzle gigante, dove la forma di ogni pezzo porta scritte le regole dell’addizione. Un lungo filamento di DNA fa da impalcatura (in inglese scaffold, da cui il nome), e su di essa si agganciano filamenti corti, le «tessere». Le sequenze di ciascuna tessera decidono chi può stare accanto a chi: se due vicine combaciano, il legame è favorevole. Se invece non combaciano, la disposizione diventa instabile e la tessera sbagliata si stacca per far posto a un’altra, dimodoché a ogni giro restano al loro posto soltanto quelle che si incastrano.

La risposta è la posizione più comoda.

Prima del via i ricercatori mescolano impalcatura, tessere e molecole che segnalano il risultato. Poi scaldano la provetta a 80 gradi e la fanno scendere fino a 20 gradi in 3 ore, con una sosta finale di 45 minuti (riscaldare e raffreddare, a pensarci, un po’ di energia la richiede).

Quanto ci mette, e cosa ha calcolato davvero

Nei più di 700 esperimenti sono girati 10 programmi, dalla moltiplicazione per 3 alla divisione per 2 fino al riconoscimento della parità su 8 bit. Dati 10 e 3, ha risposto 13. Il caso più grande, quello che finisce nel titolo, è la somma di due numeri da 25 bit, che lo studio, pubblicato su Nature il 16 settembre, conta come un «calcolo da 100 bit».

I calcoli più piccoli sono finiti in circa 30 secondi. Gli esempi più difficili hanno richiesto fino a 14 ore. Cioè 50.400 secondi. Un processore qualsiasi somma due numeri da 25 bit in una frazione di miliardesimo di secondo.

Abeer Eshra, coautrice dello studio, ammette che in provetta la reazione corre meno del silicio e che nemmeno ci prova a stare al passo. Tra i computer di DNA, però, rivendica il primato di velocità. Lo stesso computer si può anche riusare: 3 programmi sono stati rieseguiti da 9 a 25 volte, con circa 12 minuti per preparare e far girare ogni nuovo calcolo, dopo avere cambiato soltanto gli ingressi. Pensate: quando sono tornati a riprendere uno degli esperimenti, 1 anno e mezzo dopo, la provetta si era seccata a metà. Hanno aggiunto acqua, e il computer di DNA ha rifatto il calcolo.

Si ricicla, insomma.

Dove eravamo rimasti con i computer di DNA?

Nel gennaio 2020 raccontammo il computer di DNA dell’Università di Rochester: 32 filamenti in una provetta. Calcolavano la radice quadrata di numeri fino a 900, e il ricercatore Chunlei Guo si diceva convinto che i computer biologici avrebbero sostituito, un giorno non lontano, quelli tradizionali nei calcoli complessi. Si sbaglia, almeno per ora.

Quasi 7 anni dopo il traguardo è una somma da 25 bit. I tempi si contano in ore. Dell’altra metà dell’informatica a DNA, quella che custodisce i dati, parlammo nel dicembre 2022 con le cartucce di DNA per archiviare dati entro il 2030. Prima ancora, nel luglio 2020, c’era stato il Mago di Oz in esperanto scritto nel DNA.

Woods, professore a Maynooth, ricorda che abbiamo guardato soltanto a un tipo di computer, quando altri ce li abbiamo intorno, cervello compreso.

Scommetto, e lo scrivo il 6 ottobre 2026 perché resti agli atti, che entro il 2030 un calcolo da 100 bit su un computer a DNA di questo tipo richiederà ancora più di 1 ora. Segnatevelo.