DNA 컴퓨터, 900까지 제곱근 계산 성공… 분자 컴퓨팅 이정표

시험관 속 DNA 가닥으로 만든 컴퓨터

로체스터 대학 연구진이 시험관 속 DNA 가닥으로 만든 컴퓨터를 개발해, 1부터 900까지의 제곱수(정수만)에 대한 제곱근 계산을 수행하는 데 성공했습니다. 이는 현재까지 가장 진보된 DNA 컴퓨터입니다.

실리콘 트랜지스터의 한계와 DNA 컴퓨팅

현재 인텔, AMD 등은 10나노미터 트랜지스터를 양산 중입니다. 이는 DNA 분자 너비의 약 10배에 불과합니다. 트랜지스터 소형화에는 물리적 한계가 있어, 곧 더 작고 효율적인 전자 소자 제작이 불가능해질 전망입니다.

유망한 대안이 DNA 컴퓨팅입니다. 생화학, DNA, 분자생물학 하드웨어를 활용해 기존 컴퓨터가 해결 못 하는 문제를 풀 잠재력을 가집니다. 아직 초기 단계지만, 수십 개의 논리 게이트로 구성된 DNA 회로가 기본 논리 기능을 수행하는 수준까지 왔습니다.

3가지 분자 구성 요소로 10비트 제곱근 회로 구현

연구진은 DNA 가닥 치환 반응을 이용해 10비트 제곱근 논리 회로를 구현했습니다. 이를 위해 세 가지 분자 빌딩 블록을 개발했습니다:

1. 인지 모듈(Cognitive Module): 입력을 인코딩해 1~2개의 특정 DNA 나노 지표를 인식합니다. 10개 빌딩 블록 조합으로 숫자를 DNA에 인코딩하고, 각 조합은 다른 숫자를 나타내며 형광 마커와 연결됩니다.
2. 생체컴퓨팅 모듈(Biocomputing Module): 서로 다른 입력 조합과 반응 플랫폼 간 혼성화 반응으로 10비트 제곱근을 실현합니다. 형광 신호가 변하고, 이 색상 변화에서 원래 숫자의 제곱근을 추출합니다.
3. 정의 모듈(Definition Module): 형광 신호로 출력을 임계값 처리해 10비트 제곱근 논리 회로 구현을 검증합니다.

출력 피드백을 통해 입력 신호를 최적화하면 더 복잡한 논리 연산 성능을 높일 수 있습니다.

향후 전망

이 DNA 컴퓨터는 DNA의 독특한 구조적 프로그래밍 가능성과 강력한 데이터베이스를 제공해 복잡한 컴퓨팅 회로와 새로운 기능성 소자 개발의 길을 열었습니다. 연구진은 같은 기술로 아날로그/디지털 신호를 시뮬레이션해 정수 제곱근뿐만 아니라 더 광범위한 제곱근 계산을 수행할 계획입니다.

전반적으로 이 연구는 생체공학과 생명공학 응용을 위한 더 보편적인 방법을 제시합니다. 연구진은 DNA 컴퓨터가 결국 대용량 데이터 처리와 복잡한 연산에서 실리콘 기반 컴퓨터를 대체할 것으로 믿습니다.