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活细菌化身处理器 求解复杂数学难题
近日，一支由麦吉尔大学主导的国际科研团队公布一项突破性成果，研究人员搭建基于活体细菌的生物计算平台，借助大肠杆菌等菌种在微流控通道网络中，成功求解属于NP完全类别的子集和问题，为生物并行计算开辟全新方向。
不同于依靠硅基芯片、晶体管按顺序运算的传统计算机，这套生物计算系统把抽象数学问题转化为微型通道组成的物理迷宫网络。大肠杆菌凭借可预测的游动特性，在通道内自主探索不同分支路径；同体系内的快生弧菌则依靠高速分裂增殖，在计算过程中持续增加“运算单元”数量，同步遍历海量候选解，实现天然的大规模并行搜索。
子集和问题是经典组合数学难题：给定一组数字，判断能否从中挑选若干数字，使其总和等于目标值。随着数字规模增大，传统计算机的运算量会呈指数级暴涨，算力消耗巨大。而细菌计算机不需要预先配置固定数量的计算核心，细菌一边游动、一边分裂，算力资源随求解过程自发扩增，对内存资源的需求远低于常规计算机。
研究团队介绍，这项研究历时近20年，核心思路是利用微生物本身的生命行为完成计算，而非改造细胞内部基因电路。整个装置依靠微流控芯片承载细菌群体，科研人员通过显微观测追踪细菌的通行路径，最终读取对应的数学答案。
生物计算一直被视作后摩尔时代的重要探索方向。硅芯片受物理极限约束，持续微型化的难度不断抬升；而细菌生物计算机具备低能耗、自增殖、天然并行等独特优势。不过研究人员也坦言，现阶段该系统仍处于实验室原型阶段，运算速度、稳定性、适用题型都存在明显局限，短期内无法替代通用电子计算机。
业内评价称，该成果证明活体微生物可以作为独立计算载体，直接解决高复杂度组合问题。未来，这类思路有望拓展到密码学、优化调度、药物筛选等场景，推动生物芯片、合成生物学与计算科学进一步交叉融合。
发布于 8 小时前
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