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DNA计算机成果登上《自然》,樊春海院士新年大会演讲激励青少年
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来源:上观新闻 作者:俞陶然 2024-01-02 18:27
摘要:仅200公斤DNA就能存储整个世界的数据。

2023年最后一天晚上,上海科技馆等主办的“科学新年大会·科创校长空间站”活动在上海自然博物馆(上海科技馆分馆)举行,为现场观众和Bilibili用户带来了科普盛宴。中国科学院院士、上海交通大学化学化工学院院长樊春海教授做了关于“DNA计算机”的演讲。未来,如果这种计算机研发成功,仅200公斤DNA(脱氧核糖核酸)就能存储整个世界的数据(约440万亿亿字节)。这一诱人的前景,激励青少年学好科学知识,长大后投身科研事业。

刚刚过去的一年,“科创校长空间站”在上海自然博物馆、上海天文馆、上海展览中心、徐家汇书院、晶城中学等地举办了9场活动,邀请到包括诺贝尔奖得主、中国科学院院士、教育家、人文艺术家等34位嘉宾,联动全市16个区教育局及教育主管部门,吸引了上海中小学、科创企业、社会机构等不同主体参与,共同探讨校外科创教育“如何在科学教育领域做加法”。

“科创校长空间站”年度颁奖仪式在上海自然博物馆举行。

“科学新年大会·科创校长空间站”活动上,樊春海、徐星两位中国科学院院士,月球及火星探测器副总设计师贾阳研究员,复旦大学类脑智能科学与技术研究院院长冯建峰,复旦大学文科特聘资深教授葛剑雄,上海市教育学会会长尹后庆等科学家、人文教育家进行了科技与人文的跨界交流。上海交通大学医学遗传研究所所长曾凡一,健康科普脱口秀达人曹鹏、黄翔等嘉宾通过脱口秀、实验表演、音乐奏唱等多种形式讲述科学故事,展示科技创新。

生物细胞里的DNA能存储信息,还有望做成计算机?樊春海院士的演讲令人眼界大开。1994年,图灵奖得主伦纳德·阿德曼提出了利用DNA碱基互补配对原则来发展生物计算的构想,成为“DNA计算机”的先驱。樊春海解释,DNA由4种碱基构成,它们是腺嘌呤(A)、鸟嘌呤(G)、胸腺嘧啶(T)和胞嘧啶(C)。AGTC这4种碱基遵循“沃森-克里克配对原则”,即A只与T配对,G只与C配对。

众所周知,计算机采用二进制,所有计算机数据的背后都是0和1。而未来的“DNA计算机”采用四进制,所有数据的背后都是AGTC。这意味着,DNA分子是由4个字母组成并且可以编码的分子信息材料。

樊春海院士在“科学新年大会”上演讲。

这种可存储数据的分子材料有巨大的应用潜力。根据理论推算,50克DNA就能存储1000万块硬盘中的信息。“通过DNA存储,有望把数据存储的容量极限提升7个数量级。”樊春海告诉听众,全世界现有约440万亿亿字节的数据,只需200公斤DNA就能把它们全部存下来。

演讲中,这位“70后”院士介绍了他和同事在这个前沿科技领域取得的进展。去年9月,他与王飞副教授团队的论文登上《自然》杂志,他们研发了一种支持通用性数字计算的DNA可编程门阵列,可通过分子指令编程的方式实现通用数字DNA计算,并构建了无衰减大规模液相分子电路。

这项研究成果突破了DNA分子计算在电路规模和电路深度的瓶颈,首次在实验条件下展示了包含30个逻辑元件、500条DNA链的电路规模。未来,“DNA计算机”能否研发成功?樊春海院士的演讲激励青少年长大后投身这个领域,把科学家上世纪的梦想变成现实。

上海科技馆馆长倪闽景表示,2024年,“科创校长空间站”将继续发挥科普场馆的平台纽带功能,更好地联动学校和场馆,为青少年提供更优质的科创资源。

栏目主编:黄海华
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