Superzvita DNK in Fredkinova vrata

Skupina avstralskih in francoskih fizikov je uspela eksperimentalno uresničiti logično operacijo Fredkinovih vrat. Fredkinova vrata so nekoliko večji logični košček, s katerim lahko sestavljamo še večje algoritme oziroma načrte za reševanje matematičnih problemov.

Kot za vsak logični sistem tudi za kvantne računalnike velja, da morajo biti univerzalni. Univerzalnost pomeni, da lahko vsako poljubno zahtevno funkcijo opišemo z manjšim številom logičnih operacij. Na primer - še tako zahtevno logično trditev opišemo s kombinacijo dveh logičnih operacij: konjunkcije oziroma operacije “IN” ter negacije oziroma logične operacije “NE” .

Še eden izmed primerov univerzalnega logičnega operatorja so Fredkinova vrata ali logična operacija CSWAP. Kot vhodne podatke operacija sprejme tri vrednosti bitov ali kubitov, kot jih imenujemo v kvantnih računalnikih. Nato vrata glede na vrednost prvega kubita zamenjajo vrednosti drugega in tretjega kubita. Čeprav gre za preprosto operacijo, moramo pri sestavljanju takih vrat uporabiti kombinacijo najmanj petih preprostejših dvokubitnih logičnih operatorjev.

Sestavljanje majhnih logičnih vrat v večje logične operatorje je v zgodnji fazi razvoja kvantnih računalnikov še zahtevno. Rezultat eksperimenta torej nakazuje možnost uporabe večjega sestavnega dela. Fredkinova vrata so namreč uresničili kot enoten, nekoliko bolj kompleksen logični operator in jih bodo v prihodnosti lahko uporabljali kot gradnik pri sestavljanju še bolj zahtevnih algoritmov.

Znanstveniki iz Indije in ZDA v reviji Nature Communications poročajo o superzvitju molekule DNK po celotnem kromosomu modelne bakterije Escherichia coli.

Molekula DNK, nosilka dednih informacij, je sestavljena iz dveh verig, ki sta zviti v vijačnico. Vijačnica DNK pa je še dodatno navita okoli raznih beljakovin. Na ta način je lahko več metrov dolga molekula DNK stlačena v nekaj nanometrov veliko celico.

Ena navita dvojna vijačnica DNK se imenuje kromosom. Vendar niso vsi odseki DNK po kromosomu enako naviti, nekateri so bolj kompaktno zviti, drugi pa bolj rahlo. Najbolj kompaktna je tako imenovana superzvita oblika. Kako kompaktno je molekula DNK navita, namreč vpliva na izražanje genov, saj se ti lahko izražajo le v predelih, kjer je DNK bolj rahlo zvita.

Znanstveniki so celicam E. coli dodali kemikalijo trimetilpsoralen, ki se veže na DNK. S pomočjo te kemikalije so določili, koliko je molekula DNK navita na posameznem odseku kromosoma, saj se na bolj navite predele veže več molekul kemikalije.

Znanstveniki so opazili razlike v navitju celotnega kromosoma pri bakterijah, ki so bile v različnih fazah rasti. Hitro deleče se bakterije so imele bolj rahlo navito DNK, med tem ko so imele bakterije, ki se niso več razmnoževale, več superzvitih odsekov. Te razlike lahko pojasnimo s tem, da se v delečih se celicah aktivno izraža več genov, saj morajo rasti in se razmnoževati, ob vsem tem pa tudi podvojevati svoj kromosom.

Kubite sta superzvijala Junoš in Angelika.