De kwantumcomputer

Zelfs de modernste computerchip kan maar één berekening tegelijk uitvoeren. Een microprocessor of chip bestaat uit in serie geplaatste schakelaars die aan (1) of uit (0) kunnen staan. Een berekening in een klassieke chip is een optelsom van keuzes tussen één en nul (de bits). Deze opeenvolgendheid is tijdrovend bij het doorrekenen van complexe data, zoals versleutelde berichten die gebruik maken van grote priemgetallen. Ook supercomputers die hun werklast verdelen over honderden processors zijn voor de encryptologie relatief traag. Maar er is hoop, de DNA-chip en de kwantumcomputer bieden misschien uitkomst.

De DNA-chip
Het organische molecuul DNA bezit eigenschappen die van functioneel nut kunnen zijn in een chip. Allereerst is DNA een groot molecuul dat veel informatie op een klein oppervlak bij zich draagt. Verder worden de mechanismen om DNA te laten functioneren steeds beter begrepen. Tenslotte is DNA zo klein dat een chip die rekent via DNA van vele moleculen tegelijk gebruik maken terwijl de chip klein kan blijven.

Omdat in theorie gebruik kan worden gemaakt van vele miljoen moleculen ligt de toepassing van mogelijke DNA-chips bij problemen die vele verschillende oplossingen kennen. Zoals de encryptologie, het versleutelen van boodschappen met behulp van codes. Een ander voorbeeld van een toepassing is het handelsreizigersprobleem. Dat is het bepalen van de kortste route van plaats A naar plaats B waarbij de tussenliggende steden niet meer dan één keer mogen worden aangedaan. Voor zeven plaatsen of minder is het probleem makkelijk op papier of met een pc op te lossen. Als het aantal plaatsen groter wordt, stijgt de benodigde rekentijd exponentieel. De hoogleraar Leonard Adleman van de universiteit van Zuid-Californië demonstreerde dat het handelsreizigerprobleem op te lossen is met behulp van DNA-schakelingen.
Adleman nam voor elke stad een unieke DNA-code van 20 tekens. De routes tussen de steden simuleerde hij met stukken DNA die, net als dominostenen, alleen op de uiteinden van bepaalde strengen waren te koppelen. Adleman mengde vervolgens miljoenen kopieën van de unieke DNA-codes, zodat verbindingen ontstonden. In feite verbindingen tussen steden want iedere stad had een uniek code. Er ontstonden dus DNA-strengen die niets anders betekenden dan ‘van A naar B via C etc. Ook de snelste oplossing zat erbij. Met standaardtechnieken uit de moleculaire biologie wist Adleman alle routes met de gewenste lengte uit de reageerbuis te halen. Vervolgens werden alle routes waarin een code werd herhaald (routes waarin een stad twee keer werd bezocht) uit de buis gehaald. De overgebleven codes vormden het antwoord op het handelsreizigersprobleem. Adleman geeft toe dat zijn methode voorlopig nog enorm veel tijd kost.

Lees meer: KENNISLINK