Forschende der Maynooth University in Irland haben einen molekularen Computer gebaut, der in einem Reagenzglas 100-Bit-Berechnungen ausführt — angetrieben allein von Wärme und einer Salzlösung. Laut Universität ist die Arbeit in der Fachzeitschrift Nature erschienen.

Der Aufbau ist radikal einfach: Ein kleiner Tropfen Wasser und Salz kommt mit kurzen DNA-Stücken und einem längeren DNA-Strang als Gerüst in ein Reagenzglas. Heiz- und Kühlzyklen treiben dann Strangverdrängungsreaktionen an — die Stränge binden, lösen sich und ordnen sich neu — und diese Reaktionen setzen die Logik der Berechnung um.

Damit liefen zehn Programme, darunter 100-Bit-Berechnungen mit Zahlen zwischen rund 11 und 34 Millionen; einzelne Durchläufe dauerten bis zu 14 Stunden. Entscheidend: Das System erwies sich als wiederverwendbar und führte bis zu 25 Berechnungen hintereinander aus — ein Schritt über die einmaligen Demonstrationen hinaus, die die molekulare Datenverarbeitung bisher prägten.

Rohgeschwindigkeit ist nicht der Punkt. Ein Siliziumprozessor erledigt dieselbe Arithmetik in Nanosekunden; der DNA-Computer braucht Stunden und eine Wärmequelle. Dafür benötigt er keine kontinuierliche Stromversorgung — genau das macht das Ergebnis für Umgebungen interessant, in denen Strom oder Hardware nicht bereitstehen: molekulare Sensorik, Diagnostik innerhalb einer biologischen Umgebung oder Logik an Orten, an denen ein Chip unmöglich wäre.

DNA-Computing wird seit Jahrzehnten versprochen, seit Leonard Adleman 1994 zeigte, dass Stränge ein kleines Problem des Handlungsreisenden lösen können. Die meisten Nachfolgearbeiten blieben bei Spielzeug-Logikgattern oder brauchten kontinuierlichen enzymatischen beziehungsweise elektrischen Input. Hier zählen Skalierung und Wiederverwendbarkeit, nicht Durchsatz: Die Forschenden berichten von deutlich größeren Datensätzen als bei früheren molekularen Logikoperationen — in einem System, das sich zurücksetzen und erneut betreiben lässt.

Die Einschränkungen sollte man klar benennen. 14 Stunden für eine Rechnung ersetzen keinen Allzweckprozessor, und die praktischen Anwendungen — Sensorik, programmierte Chemie, molekularer Speicher — bleiben spekulativ. Als Nachweis aber, dass biologische Moleküle deutlich mehr rechnen können als bislang gezeigt, ist das Ergebnis ein echter Fortschritt für das Feld.

Quellen