核心指标
0
并行 DNA 链
0 EB
EB 单反应管存储密度
0×
倍经典超算搜索规模
0 年
年数据保存期限
Molecular Computing
DNA 分子计算核心技术
从 10¹⁸ 并行链到酶促逻辑门，分子级计算的全栈能力。
10¹⁸ 级分子并行 · 暴力搜索
单反应管内 10¹⁸ 条 DNA 链同时执行组合搜索，每条链编码一个候选解。酶促链置换反应以 10⁹ 次/秒速率推进逻辑运算，NP 完全问题搜索规模较经典超算提升 12 个数量级。
EB 级 DNA 存储 · 千年保存
核苷酸编码密度达 1.98 bits/核苷酸，单毫升溶液存储 1 EB 数据。配合 Candies BioReedSol-2048 纠错码，数据保存期限超千年，较磁带提升 100 倍。
酶促逻辑门 · 可级联
基于限制性内切酶与连接酶的 AND/OR/NOT/NAND 逻辑门，支持 32 级级联。阈值门实现加权投票，单反应管可执行完整布尔电路。
活体 DNA 计算 · 细胞内编程
CRISPR-dCas9 调控的活细胞逻辑门，细胞内 DNA 计算响应时间 < 30 分钟。支持体内诊断、药物释放与基因治疗的分子级决策。
Performance
分子计算性能基准
与经典计算系统在搜索、存储、模拟等任务上的对比。
3-SAT 问题求解规模
规模提升 33×- Candies
- 2000 变量
- 经典超算 (Frontier)
- 60 变量
DNA 存储密度
密度提升 10⁵×- Candies
- 1.98 bits/nm³
- 磁带 (LTO-9)
- 0.000018 bits/nm³
数据读取吞吐
快 400×- Candies
- 12 GB/s
- 纳米孔测序 (MinION)
- 0.03 GB/s
逻辑门切换速率
快 1000×- Candies
- 10⁹ 次/秒
- 学术前沿
- 10⁶ 次/秒
测试环境：Linux 6.8、Candies Driver 3.2、室温 25°C。结果仅供产品对比参考。
Pipeline Architecture
Candies DNA-X 分子计算管线
编码合成层、反应计算层与测序读出层三位一体。编码合成将逻辑电路自动映射为 DNA 序列，反应计算在酶促环境下并行推进链置换逻辑，测序读出通过纳米孔实时检测结果。
编码合成层
Candies BioLang 编译器将布尔逻辑电路自动综合为 DNA 序列，QuadNuc-4 四进制编码消除同聚物错误，序列池经 PAGE 纯化后注入反应管。
反应计算层
温度梯度驱动的链置换级联反应，32 级逻辑深度在 2 小时内完成。Toehold 介导的分支迁移实现 10⁹ 次/秒的逻辑门切换速率。
测序读出层
Candies NanoSeq 纳米孔阵列并行读取 10⁶ 条结果链，12 GB/s 吞吐。纠错解码后输出计算结果或存储数据。
Case Studies
落地案例
从 EB 级冷存储到活体诊断，DNA 计算的产业实践。
数据存储
国家档案 DNA 冷存储
将 500 PB 国家数字档案从磁带迁移至 DNA 存储，单柜体积替代整栋磁带库，保存期限从 30 年提升至千年。
改进前
磁带库占地 2000m²，30 年迁移一次
改进后
DNA 存储柜 2m³，千年无需迁移
- 体积 ↓ 99.9%
- 保存期限 ↑ 33×
制药
分子药物筛选
10¹⁸ 分子库并行筛选，单反应管完成传统高通量筛选需 10 年的化合物空间搜索。
改进前
高通量筛选 10⁶ 化合物/年
改进后
DNA 筛选 10¹⁸ 化合物/天
- 筛选规模 ↑ 10¹²×
- 周期 ↓ 99.9%
医疗
活体癌症早筛
注射 DNA 计算探针，在体内自动执行多标志物逻辑判断，仅在检测到癌症特征时释放荧光信号。
改进前
血液活检单标志物，灵敏度 60%
改进后
DNA 逻辑门多标志物，灵敏度 99.2%
- 灵敏度 ↑ 65%
- 特异性 ↑ 40%
Applications
应用场景
分子存储、并行计算与生物医学三大应用域。
分子存储与归档
国家档案冷存储
EB 级数字档案 DNA 存储，千年保存无需迁移。
太空数据归档
星际探测器 DNA 存储模块，克级质量携带 PB 数据。
基因组数据银行
全球 100 亿人基因组 DNA 直接存储，无需测序数字化。
文明知识库
人类文明知识 DNA 编码，地质时间尺度保存。
分子计算与优化
NP 完全问题求解
TSP / SAT / 背包问题的分子级暴力搜索。
分子药物筛选
10¹⁸ 化合物库并行筛选，单日完成传统十年工作量。
密码学分析
分子级并行密钥搜索，推动后量子密码标准化。
组合优化
供应链 / 调度 / 资源分配问题的 DNA 求解器。
生物医学与诊断
活体癌症早筛
DNA 逻辑门多标志物体内诊断，灵敏度 > 99%。
智能药物释放
细胞内 DNA 计算判断病灶特征后精准释放药物。
基因治疗调控
CRISPR-dCas9 逻辑门实现基因编辑的条件触发。
合成生物学编程
活细胞代谢通路的 DNA 逻辑编程与优化。
Specifications
系统规格
分子核心、存储、生物接口与软件栈参数。
分子计算核心
| 编码协议 | Candies QuadNuc-4 四进制核苷酸编码 |
|---|---|
| 并行链数 | 10¹⁸ 条 / 反应管 |
| 链置换反应速率 | 10⁹ 次/秒/反应管 |
| 逻辑门类型 | AND / OR / NOT / NAND / 阈值门 / 级联门 |
| 逻辑深度 | 单反应管 32 级级联 |
| 错误率 | < 10⁻⁶ / 逻辑操作 |
DNA 存储模块
| 存储密度 | 1 EB/mL（理论极限 215 PB/g） |
|---|---|
| 编码效率 | 1.98 bits/核苷酸（理论极限 2.0） |
| 纠错码 | Candies BioReedSol-2048，纠错能力 10% |
| 读写速率 | 写入 4 GB/s（合成），读取 12 GB/s（纳米孔测序） |
| 保存期限 | > 1000 年（干燥密封，-20°C） |
生物接口
| 活细胞兼容 | 支持体内 DNA 计算与存储 |
|---|---|
| 细胞类型 | 大肠杆菌 / HEK293 / 酵母 / 哺乳动物细胞 |
| 转录调控 | CRISPR-dCas9 逻辑门，响应时间 < 30 min |
| 生物安全 | Biosafety Level 1 兼容 |
软件栈
| 编程语言 | Candies BioLang（DNA 电路 DSL） |
|---|---|
| 编译器 | 逻辑电路→DNA 序列自动综合 |
| 仿真器 | Candies ODE/Stochastic 仿真引擎 |
| 测序接口 | Oxford Nanopore / Illumina / Candies NanoSeq |
DNA Computing
DNA 分子计算技术
DNA 存储编码、链置换反应逻辑门、自组装纳米结构、体外转录回路与活细胞分子计算等技术模块说明。
DNA 存储编码
核心数字信息到碱基序列的高效编码方案
喷泉码编码
使用 LT 码实现容错编码，允许部分 DNA 分子丢失仍可恢复
随机访问
通过 PCR 引物实现特定数据块的快速随机读取
纠错机制
里德-所罗门码 + 多副本冗余，确保数据完整性
链置换逻辑门
前沿基于 DNA 链置换反应的分子计算电路
催化发夹组装
CHA 放大机制实现信号放大和逻辑运算
级联电路
多级链置换反应级联，构建复杂组合逻辑
阈值门
浓度阈值控制的分子开关，实现阈值逻辑
DNA 折纸自组装
纳米级精度的 DNA 自组装结构制造
支架链设计
长单链 DNA 作为支架，短订书钉链固定形状
纳米精度
可达 6nm 空间分辨率，远超光刻技术
功能化修饰
在特定位置修饰蛋白质、纳米颗粒等功能基元
Comparison
与经典计算对比
在并行性、存储密度、能效等维度的代际差异。
| 指标 | Candies Semiconductor | 传统方案 |
|---|---|---|
| 并行搜索规模 | 10¹⁸ 候选解/反应管 | 经典超算: 10⁶ 并行线程 |
| 存储密度 | 1 EB/mL | 磁带: 0.02 PB/mL / SSD: 0.001 PB/mL |
| 数据保存期限 | > 1000 年 | 磁带: 30 年 / SSD: 10 年 |
| NP 问题求解规模 | 10¹²× 经典超算 | 量子退火机: 10³× 经典 |
| 纠错能力 | 10% 错误纠正 | DNA 存储学术前沿: 5% |
| 活细胞计算 | CRISPR-dCas9 逻辑门 < 30min | 学术前沿: 数小时级 |
FAQ
常见问题
DNA 计算的技术原理、编码方案与工程现状。