Wetenschappers bouwen computer op basis van 'moleculaire motoren'

Zweedse wetenschappers hebben een manier gevonden om computers veel sneller te maken. Waar traditionele computers berekeningen in sequentie doen, hebben zij een manier voor parallelle berekeningen, door gebruik te maken van wat moleculaire motoren worden genoemd.

De onderzoekers, werkzaam aan de universiteit van Lund, beschrijven hun vondst in het gezaghebbende wetenschappelijke tijdschrift Proceedings of the National Academy of Sciences. Hun computer is in staat om parallelle berekeningen uit te voeren doordat eiwitjes het werk uitvoeren. Daarbij gaat het bijvoorbeeld om moleculen zoals het myosine- en actine-eiwit, die onder andere betrokken zijn bij de spiersamentrekking in het menselijke lichaam. Myosine wordt in het computermodel gebruikt om andere eiwitten voort te bewegen, die zijn gebaseerd op actine.

Er is een soort van doolhof gebouwd op nanoschaal waarin de moleculen hun weg moeten vinden, waarbij de uitkomst van het doolhof staat voor het antwoord op een rekenkundige vraag, zo leggen de wetenschappers uit. Omdat er vele moleculen tegelijkertijd in het doolhof hun weg kunnen vinden, stellen de Zweedse makers dat hun principe lijkt op wat er bij kwantumcomputers wordt gedaan om berekeningen uit te voeren. Hoe het eiwitdoolhof leidt tot rekenkundige uitkomsten wordt gedemonstreerd in een filmpje.

Helaas!
De video die je probeert te bekijken is niet langer beschikbaar op Tweakers.net.

De biologische computer zou over enkele jaren al ingezet kunnen worden. Een voordeel van biologische computers is niet alleen dat zij sneller complexe berekeningen kunnen uitvoeren dan conventionele computers, maar dat zij dit ook met een veel kleinere energiebehoefte doen. Wel stellen de onderzoekers dat schaalvergroting nodig is om een in de praktijk toepasbare biocomputer te kunnen maken en zijn er daarbij nog de nodige optimalisaties noodzakelijk. Of het idee een concurrent kan worden van de in opkomst zijnde kwantumcomputers is echter nog niet duidelijk.

Reacties (46)

[teacup]

Deze eiwitcomputer roept bij mij wel wat praktische vragen op, waarbij ik mezelf erop betrap hoe weinig ik ik van biologie weet. Om wat vragen te noemen:

• Is een eiwitcomputer verouderingsbestendig?
• Moet het eiwit worden onderhouden (afgeleide de verouderingsvraag)
• Vervuilt (djwice ging volgens mij die kant ook al op) de maas door gebruik?

Toch maar even naar de analogie van het menselijk lichaam gekeken. Hoe ondersteunen chemische processen onze signaalverwerking? In Nederland heet een site met informatie over hersenen Gezondheidsnet[...]. Nemo is meer voor kinderen. De Hersenstichting is een serieuze site zonder bias voor invalshoek. Al bestaat die Hersenstichting ook met de gratie van het bestaan van hersenziekes. Een oppervlakkig beschouwer zou tot de conclusie kunnen komen dat Nederlanders iets over hersenen willen weten als ze 12 jaar of jonger zijn of medische redenen hebben voor het zoeken. Gezondheidsnet en Hersenstichting vond ik het meest informatief.

Terug naar die hersenen. Hersenen en zenuwen in je lichaam vormen een systeem dat is opgebouwd uit zenuwcellen. Signaaloverdracht is een gecombineerd elektrisch-chemisch proces. Elektrisch binnen de zenuwcellen, chemisch bij de zenuwcelovergangen. Voor deze chemische signaalgeving zijn neurotransmitters verantwoordelijk. Neurotransmitters blijken nu niet uit eiwitten te bestaan (wat ik even dacht) maar zijn gelijk te stellen aan onze hormonen. Eiwitten komen in het verhaal als de neurotransmitter na afgifte bij een zenuwcelovergang weer moet worden opgenomen. Die eiwitten zijn in staat deze neurotransmitters voor hergebruik op te nemen.

Twee gebieden in je hersenen, hypothalamus en hypofyse, zijn hersengebieden belangrijk voor de hormonale aansturing van ons lichaam. De hypofyse is hierbij de verbinding tussen hersenen en zenuwstelsel enerzijds en hormonaal stelsel anderzijds. De hypofyse stuurt hormoonproductiefabriekjes als schildklier en bijnieren aan. Op zijn beurt wordt de hypofyse door de hypothalamus aangestuurd. De hypothalamus is verantwoordelijk voor veel onwillekeurige processen (ademen, honger- en dorstgevoel ed.).

Voor zover het bovenstaande compleet is lijkt ons lichaam eiwitten niet als signaalgever te gebruiken voor het denkproces of het geven van opdrachten. Dit lijkt elektrisch en chemisch (hormonaal) te gebeuren. Het is zelfs zo dat bij ons bekende hersenaandoeningen zoals Alzheimer juist het neerslaan van eiwitten ons denken bemoeilijkt.

In dit licht vind ik het opmerkelijk dat eiwitten bij deze computer als signaaloverdragende stof worden gebruikt. Een reden kan nog zijn dat de gebruikte eiwitmoleculen eenvoudige moleculen betreffen die we nog kunnen begrijpen. Maar dit weet ik niet. Als we ons bewust zijn dat ons lichaam met een voortdurende hormoonhuishouding bezig is, ben ik benieuwd of een dergelijk onderhoud van de signaalgevers van deze eiwitcomputer ook van belang is.

[Reactie gewijzigd door teacup op 22 juli 2024 15:16]

[Cranzai]

Wat ik op maak uit dit artikel is dat er niet zozeer met signalen in de vorm van een impuls zoals neurotransmitters of als signaal in de vorm van hormoonreceptoren. Ik zou de vergelijking durven maken met een telraam. Zoals vermeldt in het artikel zorgt myosine in ons lichaam i.c.m. actine voor beweging/samentrekking van onze spieren. Dus eigenlijk lijkt dit wel op een biologisch telraam, de myosine zal nog wel met traditionele computeronderdelen bewogen worden. (Wegens wi-fi omstandigheden niet in staat het filmpje te bekijken.

[Reactie gewijzigd door Cranzai op 22 juli 2024 15:16]

[teacup]

In de toelichting hierboven worden de eiwitten inderdaad meer als uitvoerders dan als signaalgevers genoemd. Het is voor mij omdenken om zo de werking van deze computer te begrijpen. Kort door de bocht strek je een arm helemaal uit, buig je haar half of vouw je de arm helemaal dubbel. Die drie situaties vertegenwoordigen informatie, verstrekt door een actuator, de arm. Op eenzelfde wijze zou die informatie verder kunnen worden opgedeeld naar de afzonderlijke (eiwit) moleculen, Hoeveel moleculen bereiken een status, de kogels op je telraam, thanks . Ze worden in het artikel ook "agents" genoemd.
Als ik zelf een analogie moet bedenken ga ik in de richting van het zich verspreiden van magnetische lading door het materiaal van een magneet.

Ben een mechanicus van achtergrond, en tracht daarom altijd in analogieën te denken. Is van een watertank met een trechter gevuld met stromend water erboven is de tank zelf het opslagvat (elektrisch analogon: lading, condensator), het hoogte verschil en de zwaartekrachtsversnelling de drijvende kracht (Voltage) en de waterstroom het Amperage.
Welke drijvende kracht doet deze uitvoerders door het doolhof bewegen? Als ik het gelinkte artikel goed begrijp is die externe drijvende kracht er niet, en is dit tot voordeel van de doelstelling:

Myosin II and kinesin-1 molecular motors use a distributed energy supply (ATP in the surrounding solution), thus eliminating the need for external forces (such as pressure or an electric potential) to drive the computation. This need inherently prevents, for example, microfluidic approaches from scaling up, because in these devices the pressures needed to pump fluid through the network become prohibitively large for large N.

De moleculen halen hun energie dus uit het medium waarin ze zich bevinden. Deze energietoevoer is hierdoor ongericht en goed schaalbaar bij grote hoeveelheden. Waar eiwitmoleculen zijn is omhullend medium. Toch echt een fundamenteel andere benadering dan onze huidige elektrische, water of lichtcomputers, sequentieel door oorzaak-gevolg.

Dit wordt nog verder gevoerd, want als agents zouden in de toekomst ook zelf aangedreven moleculen kunnen worden gebruikt die zichzelf kunnen reproduceren. Als het geboden probleemnetwerk door zijn grootte daar gelegenheid voor geeft kan door reproductie de rekenkracht nog verder toenemen. Dit maakt de rekenkracht adaptief aan de grootte van de probleemstelling.

Alternatively, self-propelled, dividing microorganisms can be used as agents (33⇓–35). Thus, the larger the network, the more the agents will multiply, in an exponential fashion. Any kind of agent multiplication scheme will also solve potential problems with sequential feeding of the agents into the network through a single entrance, which represents a bottleneck for large N.

Kortom een fundamenteel andere benadering van het berekenen van specifieke problemen waar veel rekenkracht voor nodig is. DNA calculation is is het artikel genoemd, maar ook voor wetenschappers die botsingssimulaties uitvoeren in proefopstellingen van deeltjesversnellers is dit interessant, verwacht ik.

Edit; een na laatste alinea anders geformuleerd.

[Reactie gewijzigd door teacup op 22 juli 2024 15:16]

[tijnvw]

Mooi overzichtje waarin je de belangrijkste dingen aanstipt. Eén belangrijke aanvulling/verklaring bij je verhaal, en daarmee een antwoord op de paradox die je vindt in eiwitten in plaats van hormonen:
Eiwitten hebben waan-zinnnig veel functies in je lichaam. Omdat bij alzheimer nou toevallig een bepaald soort eiwit neerslaat, betekent dat nog niet dat eiwitten de duivel in een doosje zijn

Hormonen kun je chemisch gezien in 3 soorten classificeren:
- steroïdhormoon (zoals cortisol een stresshormoon)
- peptidehormoon (zoals insuline, voor de bloedsuikerregulatie)
- aminehormoon (zoals thyroxine, schildklierhormoon, oa voor de snelheid van je metabolisme)

Tromgeroffel, nou komt het: een peptidehormoon ís een eiwit pur sang (aminehormoon is opgebouwd met een aminozuur, een onderdeel van eiwitten dus komt ook in de buurt), dus je gedachtegang klopt helemaal, en de vraag die je terecht op het einde stelt is dus makkelijk op te lossen omdat hormonen ook eiwitten (kunnen) zijn.

Over de vraag over houdbaarheid: in principe slijten eiwitten niet; wel kunnen ze denatureren onder invloed van externe factoren zoals UV-licht, warmte, zuurtegraad etc. Als je het systeem genoeg koelt, zou dit dus waarschijnlijk 'mee moeten vallen' (misschien vergelijkbaar met het verval van bijvoorbeeld een lithiumion-accu; vervalt ook, maar duurt lang genoeg om er een zinnig product van te kunnen maken).
Nog een stapje verder (maar da's wel echt sci-fi): je zou een primitieve celkern kunnen synthetiseren met een kort stukje DNA dat afgelezen zou kunnen worden en via de normale biologische tussenstappen zal zorgen voor eiwitproductie, zodat de defecte eitwitten op die manier aangevuld kunnen worden, daarvan word ik (als bionerd) wel heel warm

[Mocro_Pimp®]

Nog een stapje verder (maar da's wel echt sci-fi): je zou een primitieve celkern kunnen synthetiseren met een kort stukje DNA dat afgelezen zou kunnen worden en via de normale biologische tussenstappen zal zorgen voor eiwitproductie, zodat de defecte eitwitten op die manier aangevuld kunnen worden, daarvan word ik (als bionerd) wel heel warm

Leuk! Doet me meteen denken aan de "Wraight"-schepen van Stargate Atlantis.

[Coolstart]

Ergens in het artikel staat dat de eiwitten meerdere keren kunnen gebruikt worden. Dus het lijkt er op dat ze continu moeten vervangen worden.

De eiwitten lijken hier te functioneren als een dom nano robotje dat enkel vooruit kan. Van data of gegevensoverdracht lijkt geen sprake want ze tellen enkel hoeveel eiwitten aan de uitgangen aankomen, ze lezen ze niet uit.

[Coolstart]

Ik denk dat de video te laat begint met lopen want de vraagstelling valt er af.
Ik vermoed dat ze de Subset sum vragen van 1 en 3. Ik ben verre van een wiskundige maar ik doe mijn best om wat er in de film staat te verduidelijken. Ze lossen hier en zogenaamd Subset Sum problem op, vaak gebruikt als voorbeeld in de wiskunde en computerwetenschappen.

Wat ze niet zeggen:
Ze starten met een rij (matrix) genaamd a met 2 elementen: Respectievelijk 1 en 3
dus: a[2] = {3,1};;

Als je 2 cijfers in uw matrix hebt staan heb je uiteindelijk 2² mogelijkheden = 4. Je weet dus dat je 4 mogelijkheden hebt. De totale som = 0 + 1 + 3 = 4 dus 4 uitgangen. Daarom staat er in de video dat er 4 uitgangen zijn: ( Ofwel 0, ofwel 1, ofwel 3 ofwel 4)

De subsets zijn: (Subset is een onderdeel van de Set hiervoven. ( 0, 1 en 3 zijn subsets van de set a) Ze komen er immers allemaal in voor.

{}
{3}
{1}
{3,1}

(We merken op dat 2 er niet in voorkomt.)

De Som van de subsets is dan:

{} -> 0
{3} -> 3
{1} -> 1
{3,1} -> 4


Oplossing
Je kan het ook voluit schrijven dacht ik als: Som van subsets
A(sum)={0,3,1,4}} --> oplossing van de eiwitcomputer.
Dus in dit geval hebben deze moleculen de subset sum berekend van de matrix {3,1}, namelijk A(sum)= {0,3,1,4}


Parallele berekening via eiwitten
Je hebt 2 soorten 'Junctions' of kruispunten. 1 splitskruispunt en 1 passagekruispunt. Als het eiwit aan een splitkruispunt komt heeft het 50% kans of links (extra waarde toekenne) te gaan en 50% kans om rechts (waarde weglaten) te gaan. Het eiwit in kwestie mag tijdens zijn reis mag een getal toevoegen of weglaten aan de matrix, de waarde van dat getal = het aantal passagekruispunten die na het plitskruispunt komt.

Zover ik het begrijp zijn de moleculen gewoon lompe dingen die zelf geen data overdragen, ze zijn als knikkers in een doolhof die bij toeval ergens uitkomen. De wetenschappers gaan gewoon kijken op welke uitgangen ze uitkomen.

Logica in de opstelling
De passagekruispunten en splitskruispunten staan steeds in dezelfde logica opgebouwd. Als uw kleinste getal 1 is, zullen er splitskruispunten ontstaan op de gehele 1ste rij, als het getal 3 is zullen er splitskruispunten ontstaan op de gehele 3de rij waardoor er voor getal 3 bovenaan 2 splitskruispunten bijkomen. (zie filmpje) Steeds beginnende met het kleinste getal en zo naar onderen werken.

In het voorbeeld zie je dat het eiwit rechts gaat op de splitsing en het getal 1 weggelaten aan de matrix, de volgende splitsing wordt gevolgd door 3 passages = waarde 3. Omdat het eiwitmolecule naar links ging wordt de waarde 3 wel in de reeks gezet {3} -> Stel je gaat 2x naar links, dan mag je die waarden (aantal keer een passagekruispunt tegengekomen) optellen.

Door zeer veel eiwitmoleculen in het doolhof tegelijk te laten reizen ( Op de foto zie je dat eiwitten blijkbaar ook niet kunnen botsen) heb je een vorm van parallel computing terwijl onze computers alles serieel uitvoeren.

De logica van de positie en aantal van de splitsingskruispunten, passagekruispunten en de 50% kans op de splitsen zorgt ervoor dat je de Subset sum kan berekenen met simpele eiwitten.

2de berekening
Stel we zouden 3 ipv 2 drie getallen zouden hebben: {2, 5, 9} dan zouden er 16 uitgangen. (0+ 2 + 5 +9 = 16)
De subset sum die de moleculen moeten vinden is dan:

{} -> 0
{2} -> 2
{5} -> 5
{9} -> 9
{5,2} -> 7 (Deze twee vormen een subset en mag je dus optellen)
{5,9} -> 14
{2,9} -> 11
{5,2,9} -> 16

De getallen 1, 3, 8, 10, 12,13,15 zijn weggevallen zodat de molecule 1 passagekruispunten heeft gepasseerd na het naar rechts ging op een splitsingskruispunt + 3 passagekruispunten heeft gepaseerd na het naar rechtsgaas op een splitsingskruispunt enz enz.


Bereking met een seriële supercomputer onmogelijk bij vele variabelen
Omdat de omvang van de subset expenentieel stijgt met de aantal elementen in de matrix heb je giga veel computerpower nodig om alle subsets te berekenen van een grotere matrix.

Stel je hebt veel meer cijfers in uw matrix dan heb hje 2³⁰ = 1 Miljard mogelijkheden. Als uw probleem nog groter word bijvoorbeeld: 128 variabelen dan heb je extreem veel mogelijkheden met amper 128 variabelen. 34028236893836563839063638263739373637393628390363849527393735382

Als je denk dat een supercomputer dit kan oplossen heb je het mis.
Stel uw computer is een ruwe vermogen van 10⁵¹ Petaflops = 10⁵¹ x 1015 Flops [Flops = Floating point operations per second]

Je hebt ongeveer 1000 (ik weet niet of het opgaat voor matrixes, maar je moet met een verschillende operaties uitvoeren om na te gaan of een uitkomst wel degelijk een onderdeel is van de subset.

Dan is de hoeveelheid variabelen die je kan testen per seconde = (10¹⁵ x 1015) / 1000 = 10.51 x 1012

Aantal seconden in een jaar= 365 x 24 x 60 x 60 = 31536000

Het duurt dus = (3.4 x 1038) / [(10.51 x 1012) x 31536000]
= (0.323 x 1026)/31536000
= 1.02 x 1018
= 1 miljard * miljard jaar, hoe schrijf je dit? ;-) Om dit op te lossen met een standaard supercomputer.

Berekening op de quantum wijze
Quantum is een ingewikkeld verhaal dat ik niet goed snap maar het komt er op neer dat het kwadraat wegvalt doordat een quantumdot in superpositie zowel 0 als 1 kan zijn. Hij kan dus ² sneller rekenen waardoor de tijd om zoiets te berekenen pakweg 128² seconden nodig heeft. ipv Miljarden en miljarden jaren.

In dit geval demolecule het antwoord gevonden. Ik vermoed dat ze meerdere moleculen tegelijk loslaten = Parallel computing:

Van de bron:
The current study showed the solution to a well-known combinatorial problem, ‘Subset Sum Problem’. Compared with a sequential computer, a parallel computer can take a drastically shorter time to test all the solutions for a problem. (In mathematical terms: N^2 compared with 2^N, where N represents the size of the problem).

Het verschil gigantisch:
128² = 16384
2¹²⁸ = 34028236893836563839063638263739373637393628390363849527393735382


Wat ik niet goed begrijp aan deze oplossing:

Aangezien de splitskruispunten en passagekruispunten speciaal gemaakt moeten worden per matrix lijk het er op dat de voor elke berekening een nieuw doolhof moeten maken wat het wel heel omslachtig maakt om het universeel te kunnen inzetten.

[Reactie gewijzigd door Coolstart op 22 juli 2024 15:16]

[Mocro_Pimp®]

1 miljard * miljard jaar, hoe schrijf je dit? ;-)

Een miljard is 10⁹ dus 10⁹ x 10⁹ = 10¹⁸.

[govie]

Das leuk, maar kan je die ook overklokken?

[Reactie gewijzigd door govie op 22 juli 2024 15:16]

[majic]

Ik snap m' niet. Als ik dit zo zie dan kan je bijna ook een laserpuls door diezelfde tunneltjes schieten en tot een vergelijkbare uitkomst komen. Voor mij als leek lijkt het zo te zijn dat het ontwerp van het doolhof de uitkomsten geeft, niet de gebruikte techniek (eiwitten).

Vreemd. Maar ik begrijp iets ongetwijfeld niet

[djwice]

Volgens mij heb je het helemaal bij het juiste eind, nog wat regelen bij de zijstraten en dat ze op kruisingen niet ook terug kunnen lopen en jep, je hebt een vergelijkbaar systeem met laser.
Uiteraard heb je dan wel op elke uitgang een ontvanger nodig die meet of er een puls komt.

Bij het eiwit verhaal kun je het uitlezen ook pas aan het eind van het experiment doen. Of zouden sommige uitgangen dan per toeval vollopen! En dus eiwitten ophopen en zo andere pademogelijk maken die niet bin de oplossing horen? (oeps, jep kost nog even wat onderzoek)

De vraag is dus welke is het snelst / goedkoopst te produceren met 100% correct grid.
Welke kost het minste energie in gebruik?
Welke kun je opnieuw gebruiken bij de validatie run?
En welke kun je het makkelijkst na de uitslag controleren op bugs?
En hoe groot is de opstelling?

Ik denk dat je kunt promoveren op jouw laser idee

[Reactie gewijzigd door djwice op 22 juli 2024 15:16]

[majic]

Volgens mij wordt mijn laser-idee toch weer een soort van quantum computer : Tenslotte als je een foton op een scherpe hoek van een twee-splitsing afschiet, gedraagt het zich als een deeltje en kiest het links of rechts, of gedraagt het zich als een golf en kiest het beide ?

[teacup]

Net als jij heb ik moeite te te begrijpen hoe de berekeningsuitkomst los is te zien van de het uitgezette mazen patroon. "het opzetten van een berekening" waar djwice het over heeft is voor mij in schemering gehuld. waar gaat het dan over? Criteria toekennen aan de splitsingen van de maas? Dit klinkt me beperkend, omdat de de ingang dan maar een beperkt aantal uitgangen kan hebben. Op zich is dat eigenlijk geen probleem, een transistor heeft tenslotte ook maar enkele uitgangen. De parallelliteit wordt bij deze maas dan bepaald door het aantal ingangen waaraan eiwitmoleculen worden aangeboden.

En wat die laser van je doet lijkt inderdaad meer op de waarschijnlijkheid van een quantumbit. Als ik het goed begrijp wordt die waarschijnlijkheid in een eiwit computer bereikt met de massaliteit van die eiwitmoleculen. Het is dus niet zo zeer een binaire computer (is een silicium computer trouwens ook niet echt). Een uitgang met nul moleculen zal er waarschijnlijk niet zijn. Maar mogelijk wordt bij twee uitgangsopties een 95% om 5% verdeling gevonden, waarbij de 95% de status 1 krijgt, en de 5% de status nul. Dit stelt meteen een limiet aan het aantal uitgangen ten opzichte van een ingang, want het onderscheid tussen de aantallen eiwitmoleculen moet niet te subtiel worden.

[Reactie gewijzigd door teacup op 22 juli 2024 15:16]

[atlaste]

Ik heb hetzelfde probleem.

De intensiteitsverdeling van de laser kan je zien als de kansverdeling. Dat zou je overigens ook met een muntjes machine kunnen doen ( http://nl.aliexpress.com/...=2114.48010208.4.1.s3Cacg ) of met zand of... eiwitmoleculen Het elegante van een laser ervoor gebruiken is dat je werkt met 'pakketjes' die werken op de lichtsnelheid, waardoor je een hetzelfde experiment draait met meer volume.

Waar ik mee worstel is de complexiteit van het 'model' (mazen patroon). Zo te zien worden er inderdaad criteria daaraan toegekend. En daar wordt het lastig, want dan kan je hetzelfde doen met een normale computer, door simpelweg de kansverdeling van het model te berekenen bij iedere branch. Dan is het gelijk 100% correct...

Het model voor 5 uitgangen is al vrij complex; ik heb zo'n vermoeden dat als je 100 uitgangen hebt van je kansverdeling, het model kwadratisch qua complexiteit toeneemt.

Het mooie van een kwantumcomputer is dat je dit probleem volgens mij niet hebt...

tl;dr: ik begrijp niet waarom dit zo anders is dan een eenvoudige kansverdeling.

[Durandal]

Ik snap m' niet. Als ik dit zo zie dan kan je bijna ook een laserpuls door diezelfde tunneltjes schieten en tot een vergelijkbare uitkomst komen. Voor mij als leek lijkt het zo te zijn dat het ontwerp van het doolhof de uitkomsten geeft, niet de gebruikte techniek (eiwitten).

Vreemd. Maar ik begrijp iets ongetwijfeld niet

Ik wilde het met knikkers en pvc pijpjes doen, maar lasers zullen wel sneller zijn

[atlaste]

Check, of we doen het met muntjes. Hoeven we helemaal geen nieuw device voor te maken, dat hebben ze gewoon in de gokhal staan

[T!mothy]

Als ik het goed begrijp hebben de nano motors een specifieke instructie ingebouwd met het eiwit van een spier. Daarmee gaan zij op een bepaalde manier door het dolhof en het antwoord is vervolgens waar ze uitkomen.

Alleen snap ik nu niet hoe dit iets berekend of hoe die instructie van tevoren wordt bepaald. Is Annie M.G. Schmidt toevallig aanwezig?

[djwice]

De motors weten eigenlijk juist niets van de oplossing:

“In simple terms, it involves the building of a labyrinth of nano-based channels that have specific traffic regulations for protein filaments. The solution in the labyrinth corresponds to the answer of a mathematical question, and many molecules can find their way through the labyrinth at the same time”, says Heiner Linke, director of NanoLund and coordinator of the parallel computer study.

bron

Deze nanomotors zijn dus met name geselecteerd om snel door het grid te bewegen.

[Reactie gewijzigd door djwice op 22 juli 2024 15:16]

[davekok]

Ik snap het kans element niet helemaal. Is het doel niet van rekenen dat één plus drie altijd vier is?

[djwice]

Als je genoeg eiwitten er doorheen laat lopen zullen ze op termijn alle uitkomsten vinden. Dat is het idee achter die kans.

Eigenlijk hebben ze met eiwitten nagebouwd wat je met een kralen waterval met stokjes ook kunt maken.

Het grid van stokjes en latjes staat hier voor de complexe vraag.

Een soort brute fource attack op de vraag dus :-)

[Reactie gewijzigd door djwice op 22 juli 2024 15:16]

[davekok]

Maar als je alle antwoorden vind, hoe weet je dan welke de juiste is?

[Robbedem]

Dat kan je met een klassieke computer in no-time uitrekenen.
Hetzelfde gaat men doen bij quantum-computers. Eerst berekent die alle mogelijke oplossingen (breed geïnterpreteerd). Zelfs al moest dit in de miljoenen lopen, dan nog kan een klassieke computer in enkele seconden uitrekenen wat de gewenste antwoorden zijn.

[davekok]

Maar als je de gewenste antwoorden kunt uitrekenen met een klassieke computer waarom dan moeilijk doen en niet gewoon dat antwoord gebruiken? Wat voegt die moleculaire doolhof dan nog toe?

Of kan dat doolhof aangepast worden zodat de ongewenste antwoorden geblokkeerd kunnen worden? Zodat de brute force alleen maar de gewenste antwoorden kan opleveren?

[J0mcd]

je moet het zien alsof de quantum computer een kaart maakt van alle mogelijkheden die de klassieke computer dan kan gebruiken als referentie om zo het juiste antwoord te vinden.
moet de klassieke computer dit zelf gaan simuleren dan kan dit alleen sequentieel, dus pad na pad na pad, terwijl de quantum computer (en ook deze bio-computer) meteen alles in kaart brengen.

[Dykam]

Een simpel (en ietwat nutteloos voorbeeld) aan de hand van de andere voorstellen. Stel je wil weten wat de wortel van X is. Wat je dan kan doen, is een quantum computer alle kwadraten laten berekenen in een bepaald bereik. Vervolgens kan een klassieke computer dat resultaat opzoeken en daar dus weer de invoer van pakken, wat het antwoord is.

Nu is dat natuurlijk veel trager, maar in de praktijk gaat het om veel ingewikkeldere vragen. Stel je wil weten voor welke A je het antwoord B krijgt, waarbij A -> B een zware berekening is, en B -> A onmogelijk. A -> B laat je parallel voor allerlei combinaties parallel berekenen, en vervolgens zoek je in het antwoordenlijstje op voor welke A je B kreeg.

[Robbedem]

Wat anderen hier al aangeven.
Een voorbeeld uit de praktijk zou kunnen zijn: wat is de kortste weg tussen 1000 punten. Een klassieke computer zou hier héél veel tijd voor nodig hebben, namelijk alle mogelijke paden uitrekenen.
Een kwantumcomputer kan dit veel sneller, maar kan wel eens foutjes maken. De oplossing is dan bijvoorbeeld dat de kwantumcomputer zijn beste 100 antwoorden geeft (dit zullen dan niet noodzakelijk de werkelijk 100 beste antwoorden zijn). Vervolgens reken je met een klassieke computer die beste antwoorden uit (elk antwoord bestaat dan uit het optellen van 1000 reistijden). En dan is het héél simpel om te zien wat de kleinste tijd is.

[Reactie gewijzigd door Robbedem op 22 juli 2024 15:16]

[comecme]

Dan weet je de kleinste tijd van die 100. Maar als daar de daadwerkelijk kortste route niet bij zat, wat dan?

[Robbedem]

In theorie (als ik het goed begrepen heb), geeft een kwamtumcomputer na een oneindig aantal iteraties van het algoritme met 100% zekerheid het juiste antwoord. In de praktijk kan je dit echter niet doen en zal je dus met een onzekerheid blijven zitten, gelukkig is het met goede algoritmes wel te doen om snel aan een zeer kleine onzekerheid te komen.
Maar je hebt dus gelijk dat je niet 100% zeker bent dat je het juiste antwoord hebt. Als je echter 99,999999% zeker bent, is dat misschien ook wel goed?

[James Flare]

Verschrikkelijk off-topic (alhoewel de overeenkomst treffend is)... ik weet het... maar ben ik de enige die hier aan moet denken?

"The answer is 42"

[davekok]

Haha

[djwice]

Of het idee een concurrent kan worden van de in opkomst zijne kwantumcomputers is echter nog niet duidelijk.

Eiwitten transporteren relatief traag. Denk aan DNA-streng computers in een glaasje welke we jaren terug hadden.
Het kanaliseren van de calculatie, in plaats van random in een vloeistof kan een versnelling geven.
Het opzetten van je vraag duurt denk ik wel een stukje langer, wellicht even lang als bij quantum computers :-)
Dus ik verwacht niet dat dit sneller antwoord zal geven op een vraag dan een quantum computer.

[Reactie gewijzigd door djwice op 22 juli 2024 15:16]

[Helixes]

Eiwitten reageren wellicht niet zo snel als je 4 Ghz CPU, maar je onderschat de chemie.

Actine en Myosine zijn de hoofdbestanddelen van spieren, en zorgen voor de verplaatsing die wij associeren met beweging. Als je wel eens een Zuid-Koreaan StarCraft hebt zien spelen, denk ik dat je met mee eens moet zijn dat deze eiwitten in ieder geval behoorlijk rap kunnen opereren.

[michaelmou]

En dat is nog inclusief de reistijd voor zenuwimpulsen en het bijbehorende denkproces, wat waarschijnlijk de bottleneck is.

[atlaste]

En dat is nog inclusief de reistijd voor zenuwimpulsen en het bijbehorende denkproces, wat waarschijnlijk de bottleneck is.

Dat denk ik eigenlijk niet. Zenuwimpulsen gaan best hard, zeker de belangrijkste banen (in je rug bijv) gaan met 70-120 m/s. Bovendien anticipeert je zenuwstelsel voor een deel op beweging, zonder "micromanagement" van je hersenen. (het bekendste voorbeeld is de kip die nog even doorrent als zijn kop weg is). Het werkt best stoer allemaal.

Van https://nl.wikipedia.org/wiki/Zenuwcel :

Bij snelle vezels gaat dat met grotere snelheid (maximaal tussen de 70 en 120 meter per seconde) dan bij langzame vezels. De snelste zenuwen zijn de motorische zenuwen die naar de grote skeletspieren gaan. De snelheid waarmee het signaal zich voortplant is afhankelijk van de dikte van zowel de myelineschede als van de diameter van de zenuw. Bij de 'langzaamste' zenuwvezels ligt de voortplantingssnelheid tussen de 1 en 2 m/s.

[michaelmou]

Dat telt voor één impuls. Daarna heb je te maken met hersteltijd, waarbij de Kalium/natriumconcentraties weer teruggebracht moeten worden naar de oorspronkelijk verhouding tussen de binnen en buitenkant van de cel.

Dit zal nooit hoger zijn in frequentie dan het aantal powerstrokes wat een actine filament in combinatie met een myosine filament kan doen. De frequentie is hier belangrijker dan de snelheid van impulsen door je zenuwbanen.

Ik heb er een hekel aan om naar Wikipedia te verwijzen, maar bestudeer dit maar eens: https://nl.m.wikipedia.org/wiki/Actiepotentiaal

[Reactie gewijzigd door michaelmou op 22 juli 2024 15:16]

[Flozem]

Dan krijgen we straks echte computer virussen...

[dgompie]

Zolang ze ze maar niet gebruiken voor lift automatisering

[Alex3]

Het is hoogstens een simulatie van een quantumcomputer, en wel van een met 2log n qubits, waarin n het aantal mogelijke uitkomsten van het doolhof is.

[iMars]

Ben ik de enige die nou afgeleid wordt door het achtergrond muziekje? (tetris )

[klen_ghost]

Dacht ook gelijk aan tetris haha

[ro8in]

Nope dat is dus ook het eerste wat ik hoorde xD