Le Dr Abeer Eshra de l'Université Maynooth explique comment le calcul et son potentiel ne sont pas liés à une machine ou à un matériau particulier.
Dès son plus jeune âge, le Dr Abeer Eshra, chercheur principal et professeur adjoint à l'Institut Hamilton et au département d'informatique de l'Université Maynooth, était curieux non seulement de savoir comment les choses fonctionnaient, mais aussi de savoir ce qui pourrait être possible d'autre.
Après ses études, elle s'est trouvée de plus en plus attirée par des questions sans réponse claire, plutôt que par un travail qui l'aurait amenée à appliquer des solutions à ce qui était déjà connu.
Eshra a déclaré à SiliconRepublic.com : « La recherche m'a donné la liberté de continuer à apprendre, de remettre en question des hypothèses et d'explorer des idées qui pourraient ou non fonctionner et c'est ce qui m'a attiré vers une carrière universitaire. J'ai suivi une formation en ingénierie informatique, j'ai donc naturellement pensé au calcul en termes de matériel électronique. »
« Durant mon Mastercette curiosité m'a conduit vers l'informatique ADN et je suis devenu fasciné par l'idée que l'informatique n'est pas liée à une machine ou à un matériau particulier. Découvrir que les molécules elles-mêmes pouvaient être programmées pour traiter des informations a complètement changé ma façon de concevoir ce que pourrait être un ordinateur.
À l’époque, Eshra n’avait pas accès à un laboratoire humide, c’est-à-dire une installation conçue pour travailler avec des produits chimiques, des liquides, des matériaux biologiques, des échantillons et d’autres substances physiques. Elle a collaboré avec des chercheurs d'une institution agricole afin de pouvoir mener ses propres expériences.
Elle a déclaré: « J'ai toujours voulu pouvoir faire ces expériences moi-même, pas seulement concevoir les calculs de manière théorique. Au cours de mon doctorat, j'ai finalement eu l'occasion de travailler concrètement avec des systèmes à ADN, en particulier des ordinateurs à ADN renouvelables qui pouvaient être réinitialisés et réutilisés. »
« Depuis lors, cette combinaison d’informatique et d’expérimentation moléculaire a façonné l’orientation de mes recherches. »
Changement informatique
Récemment, Eshra a participé à un projet à l'Université de Maynooth dans le cadre duquel elle et ses collègues ont travaillé sur ce que l'université appelle un «premier ordinateur à ADN du genre. Les ordinateurs à ADN sont des appareils qui dépendent de composants biomoléculaires pour accomplir des tâches, plutôt que des composants en silicium ou électroniques généralement utilisés dans l'informatique standard.
Eshra et son équipe s'intéressent particulièrement aux circuits d'ADN renouvelables et aux systèmes moléculaires réutilisables, une grande partie de leurs recherches étant axées sur la manière dont les molécules peuvent être programmées pour traiter l'information de manière robuste et sur la manière dont ces systèmes peuvent être réutilisés.
Elle a expliqué : « L'ordinateur à ADN échafaudé se compose d'un long brin d'ADN qui agit comme d'un échafaudage, ainsi que de nombreux brins d'ADN plus courts, ou « tuiles », qui rivalisent pour se lier le long de celui-ci.
« Les tuiles particulières que nous ajoutons codent à la fois le programme et ses entrées. Au fur et à mesure que le système est chauffé et refroidi, les tuiles se lient, se délient et se remplacent, tout en interagissant avec les tuiles voisines. L'idée clé est de concevoir le système de manière à ce que la réponse au calcul soit également son état énergétiquement le plus favorable.
« Au fur et à mesure que les brins d'ADN entrent en compétition, se lient et se remplacent, le système se détend naturellement vers l'équilibre et l'arrangement final représente la réponse. En ce sens, le calcul se produit en descendant énergétiquement. »
En utilisant cette méthode, Eshra a déclaré qu'elle et son équipe étaient capables de démontrer 10 programmes différents et plus de 700 calculs, y compris la multiplication, la division, la détection de parité et l'addition de deux nombres de 25 bits, représentant 100 bits de calcul. De petits calculs pourraient être effectués en moins d’une minute, a-t-elle noté.
Renouvellement institutionnalisé
Pour Eshra, il est particulièrement important de faire du renouvellement un élément central de son travail. C'est un objectif personnel et professionnel que son groupe contribue à faire du caractère renouvelable un principe de conception fondamental au sein de l'informatique moléculaire, par opposition à une action entreprise seulement après la construction d'un système.
Elle a déclaré : « La renouvelable est devenue une direction particulièrement importante, en s'appuyant directement sur mon expertise dans les ordinateurs à ADN renouvelable. C'est une direction que j'ai initiée et dirigée, en explorant si le système pouvait être réinitialisé et réutilisé plutôt que consommé après un seul calcul. Ce travail a finalement démontré que le même ordinateur moléculaire pouvait être réutilisé à plusieurs reprises avec différentes entrées.
« J'aimerais voir la réinitialisation, la réutilisation et la reprogrammation devenir des capacités essentielles dans la conception des futurs systèmes informatiques moléculaires. Plus largement, nous nous intéressons à l'ingénierie de molécules pour traiter l'information plutôt que de simplement la stocker. «
« À plus long terme, cela pourrait contribuer au développement de nouvelles technologies moléculaires capables de traiter l'information directement dans des environnements chimiques ou biologiques, où le calcul moléculaire peut offrir des capacités difficiles à réaliser par d'autres moyens. »
Enjeux actuels et futurs
Lorsqu'on lui a demandé ce que son travail pourrait signifier pour la communauté STEM au sens large, Eshra a expliqué que l'informatique moléculaire peut élargir la façon dont les gens réfléchissent au sujet du calcul lui-même.
Elle a déclaré : « Le traitement de l’information peut s’incarner dans des interactions moléculaires, ce qui ouvre la voie à des questions scientifiques qui se situent à l’intersection de l'informatiquemathématiques, chimie, physique et biologie. Cette interdisciplinarité est particulièrement précieuse car elle permet aux idées et aux outils d’un domaine de remodeler la façon dont les problèmes sont abordés dans un autre.
Elle a ajouté : « Je trouve également passionnant que le domaine soit encore suffisamment jeune pour que les expériences nous surprennent véritablement. Des résultats inattendus peuvent révéler quelque chose de nouveau sur le système et parfois ouvrir de toutes nouvelles directions de recherche. »
