Aby takie zastosowanie było możliwe, potrzeba będzie precyzyjnej kontroli nad spinem jądrowym azotu z wykorzystaniem pól elektrycznych. Artykuł opisujący szczegóły tej szalonej koncepcji zostały zaprezentowane w artykule zamieszczonym w Intelligent Computing. Autorami publikacji są inżynierowie z Uniwersytetu Pekińskiego, którzy którzy są przekonani o sensowności podejścia polegającego na użyciu DNA w formie pamięci masowej czy też na potrzeby komputerów kwantowych na miarę XXI wieku.
Czytaj też: Przetestowali nowy silnik. Teraz Chiny mogą stworzyć superszpiega, który rzuci cień na Blackbirda
Jak dodają chińscy naukowcy, kluczem do sukcesu będzie wykorzystanie rezonansu elektrycznego jąder w celu kontrolowania spinów jądrowych atomów azotu w DNA. Aby tak się stało potrzeba tzw. gradientów pola elektrycznego. Najnowsze badania w tym zakresie opierały się zarówno na analizach teoretycznych, jak i symulacjach dynamiki molekularnej oraz obliczeniach z zakresu chemii kwantowej. Eksperymenty wykazały, że kodowane w DNA mogą być nie tylko informacje genetyczne, ale i strukturalne – a wszystko to przy udziale orientacji spinów jądrowych.
Członkowie zespołu badawczego zajmującego się tą sprawą mówią o identyfikacji wzorów kierunków głównych osi gradientu pola elektrycznego w miejscach atomów azotu w cząsteczkach DNA. Stało się jasne, iż wspomniane kierunki mają wyraźne powiązania z typami zasad i trójwymiarową strukturą DNA. Mówiąc krótko: orientacje spinów jądrowych atomów azotu przechowują informacje o sekwencji DNA oraz jego trójwymiarowej formie. To z kolei toruje drogę do praktycznych zastosowań, choćby z zakresu projektowania komputerów kwantowych.
Kodowanie informacji z wykorzystaniem DNA mogłoby być rewolucyjne dla całego sektora
Ze względu na fakt, iż atomy azotu wchodzące w skład DNA łączą się z dwoma lub trzema azotami, to występują odmienne orientacji gradientu pola elektrycznego. Główna oś może być prostopadła do płaszczyzny podstawy, bądź wyrównana z dwusieczną wiązań albo prawie prostopadła. Orientacja jest zależna od tego, o której z czterech zasad mówimy. Co ciekawe, cytozyna i tymina wykazały w czasie badań najwyższą zmienność, podczas gdy adenina i guanina okazały się nieco bardziej przewidywalne.
Oczywiście samo przetwarzanie informacji to jedno: potrzeba również możliwości wykorzystania DNA w formie urządzenia obliczeniowego, co wymaga mechanizmu przetwarzania. W toku prowadzonych analiz ich autorzy zrozumieli, iż spiny jądrowe protonów mogą oddziaływać z atomami azotu, otwierając drzwi do prowadzenia zaawansowanych obliczeń. Stąd droga do faktycznego użycia DNA w tej roli nie jest może krótko i pozbawiona wybojów, ale na pewno zdecydowanie łatwiejsza do pokonania, niż kiedykolwiek wcześniej.
Mając kolejne potwierdzenie przydatności rezonansu elektrycznego jąder w kontrolowaniu spinów jądrowych przy użyciu gradientów pola elektrycznego naukowcy z Chin zapewnili kolejny argument o możliwości zastosowania tej koncepcji w praktyce. Ale autorzy tych badań nie tylko potwierdzili wcześniejsze ustalenia: dostarczyli też nowych informacji na temat zależności występujących w tak małej skali, a przede wszystkim dali nadzieję na możliwość projektowania komputerów kwantowych działających w oparciu o tę technologię.