Chemputer 与 Chemputation —— 通用化学化合物合成机器

Chemputation 将合成重新定义为在通用可重构硬件图上以可编程方式执行反应代码的过程。本文证明，具备有限但可扩展的试剂、催化剂和工艺条件集合，以及将反应图映射到硬件上的 chempiler 的 Chemputer 是通用性的：它可以在有限时间内生成任何稳定且可分离的分子，并以可检测的量级输出，前提是实时错误纠正确保每一步的忠诚度维持在分子组装指数所设定的阈值以上。该证明通过将该平台构建为化学合成图灵机 (CSTM) 来实现。CSTM 形式主义提供了：(i) 一个包含试剂、过程变量（包括催化剂）及 tape 操作的八元组状态定义；(ii) 通用化学计算原理；以及 (iii) 确保容错执行的动态错误纠正程序。将该框架与组装理论关联，强化了对分子定义的要求，要求其具备实际可合成性；而错误纠正则成为通用性的前提条件。我们在超过 100 个 \c{hi}DL 程序的模块化化学计算器上进行了验证，从单步到多步路线均可执行。将每个程序映射到 CSTM 显示，单位操作的累计数量随合成深度的线性增长。这些结果将化学合成提升至通用计算的等级：以 \c{hi}DL 编写的算法被编译到硬件上，经闭环纠正执行，最终产生可验证的分子输出。通过这种方式形式化化学，Chemputer 为共享可执行化学代码、可互操作的硬件生态系统，以及最终可检索且可证明的化学空间图谱提供了可能。