Идея использовать ДНК для создания биокомпьютера возникла из сходства между процессами, происходящими в природе при синтезе ДНК, и работой вычислительных машин, особенно так называемой "машины Тьюринга". Этот гипотетический автомат состоит из читающего устройства, пишущего устройства, и бумажной ленты, на которой записаны нули и единицы.

Машина может последовательно читать символы на ленте, стирать их и писать новые, а также переходить в новое состояние с зависимости от предыдущего, текущего и прочитанного символа. Доказано, что любая функция, вычисляемая на обычном компьютере, может быть также вычислена на машине Тьюринга при наличии достаточного времени и достаточно длинной ленты.

Созданный в Израиле нанокомпьютер представляет собой автомат Тьюринга, реализованный на молекулярном уровне. Роль лент играют цепочки молекул ДНК, а роль символов - составляющие их нуклеотиды A, T, C и G. При этом плотность данных в цепочке составляет 18 Мегабит на дюйм, а если говорить о двумерном расположении ДНК - то более миллиона Гигабит на квадратный дюйм. Для сравнения: обычный винчестер содержит лишь около 7 Гигабит на квадратый дюйм, то есть в 100000 раз меньше. "Аппаратным обеспечением" ДНК-компьютера (читающе-пишущими устройствами машины Тьюринга) являются два энзима, один из которых режет цепочку ДНК при распознавании определенного набора символов, а другой, наоборот, склеивает обрывки.

Ранее уже делались успешные попытки реализовать подобные вычисления на ДНК-компьютерах. Но они представляли собой последовательность реакций, каждая из которых контролировалась людьми. В новом израильском нанокомпьютере все вычисления происходят сами. Ученым нужно лишь правильно задать начальную смесь, а после реакции считать результирующие цепочки ДНК.

Пока ДНК-компьютер может выполнять только простейшие действия - например, определять, четное или нечетное количество "единиц" содержит входная цепочка ДНК. Однако руководитель проекта Эхуд Шапиро уже запатентовал модель молекулярного компьютера, который, как и "машина Тьюринга", может выполнять любые вычисления.

Сейчас израильский нанокомпьютер работает на специально синтерзированных ДНК-цепочках. Однако разработчики полагают, что в скором времени в качестве входных данных можно будет использовать натуральные цепочки. Это позволит применять ДНК-компьютер для анализа огромных ДНК-библиотек или даже для работы внутри живых клеток.