Recent years have witnessed the growing scholarly interest in the next-generation general-purpose computers. Various innovative computing modes have been proposed, such as optical, quantum phenomena, and DNA-based modes. Sequential logic circuits are a critical factor that enables these modes to function as general-purpose computers, given their essential role in facilitating continuous computation and memory storage through their ability to store states. However, compared to computability, it is often overlooked due to the difficulty of its implementation. In this paper, we first demonstrate sequential mapping, a crucial necessary condition for electronic computers to realize sequential logic circuits, and highlight this distinctive property of general-purpose computers in the context of logic gate circuits. To achieve computational functionalities comparable to those of electronic computers, we utilize the control effect of enzymes on enzymatic reactions to design a logic gate model that is composed of small molecules and driven by enzymes, subsequently propose a biochemical computing mode. Furthermore, we mathematically analyze the static and dynamic input-output properties of biochemical logic gate components and prove that the biochemical computing mode satisfies sequential mapping similar to electronic computers. When combined with the storage characteristics of NOT-AND gates, it can realize sequential logic circuits. The findings can serve as a theoretical foundation for developing general-purpose biochemical computers.


翻译:近年来,学术界对下一代通用计算机的兴趣日益增长。各种创新的计算模式被提出,例如光学、量子现象和基于DNA的模式。时序逻辑电路是使这些模式能够作为通用计算机运行的关键因素,因为它们在通过状态存储能力促进连续计算和内存存储方面发挥着至关重要的作用。然而,与可计算性相比,由于实现的困难,这一因素常被忽视。在本文中,我们首先展示了顺序映射——电子计算机实现时序逻辑电路的关键必要条件,并在逻辑门电路的背景下强调了通用计算机的这一独特属性。为了达到与电子计算机相当的计算功能,我们利用酶对酶促反应的控制效应,设计了一个由小分子组成并由酶驱动的逻辑门模型,随后提出了一种生化计算模式。此外,我们从数学上分析了生化逻辑门组件的静态和动态输入输出特性,并证明该生化计算模式满足类似于电子计算机的顺序映射。当结合与非门的存储特性时,它可以实现时序逻辑电路。这些发现可为开发通用生化计算机提供理论基础。

0
下载
关闭预览

相关内容

CVPR 2022 将于2022年 6 月 21-24 日在美国的新奥尔良举行。CVPR是IEEE Conference on Computer Vision and Pattern Recognition的缩写,即IEEE国际计算机视觉与模式识别会议。该会议是由IEEE举办的计算机视觉和模式识别领域的顶级会议,会议的主要内容是计算机视觉与模式识别技术。

知识荟萃

精品入门和进阶教程、论文和代码整理等

更多

查看相关VIP内容、论文、资讯等
【AAAI2025】TimeDP:通过领域提示学习生成多领域时间序列
Nature论文: DeepMind用AI引导直觉解决数学猜想难题
专知会员服务
31+阅读 · 2021年12月2日
专知会员服务
41+阅读 · 2021年6月19日
Spark机器学习:矩阵及推荐算法
LibRec智能推荐
16+阅读 · 2017年8月3日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
4+阅读 · 2014年12月31日
VIP会员
相关VIP内容
相关基金
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
4+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员