Chemical reaction networks, or CRNs, are known to stably compute semilinear Boolean-valued predicates and functions, provided that all reactions are irreversible. However, this property does not hold for wet-lab implementations, as all chemical reactions are reversible, even at very slow rates. We study the computational power of CRNs under the reverse-robust computation model, where reactions are permitted to occur either in forward or in reverse up to a cutoff point, after which they may only occur in forward. Our main results show that all semilinear predicates and all semilinear functions can be computed reverse-robustly, and in fact, that existing constructions continue to hold under the reverse-robust computational model. A key tool used to prove correctness under the reverse-robust computation model is invariants: linear (or linear modulo some $m$) combinations of the counts of the species that are preserved by all reactions.


翻译:化学反应网络(CRNs)已知能在所有反应不可逆的条件下稳定计算半线性布尔值谓词与函数。然而,这一性质在湿实验实现中并不成立——所有化学反应即使速率极低也具备可逆性。本文研究了逆鲁棒计算模型下CRNs的计算能力,在该模型中,反应在截止点前可正向或逆向发生,此后仅允许正向进行。我们的主要结果表明:所有半线性谓词与半线性函数均可实现逆鲁棒计算,事实上,现有构造在逆鲁棒计算模型下仍然成立。证明逆鲁棒计算模型正确性的关键工具是不变量:所有反应均保持的物种计数线性(或对某模数$m$的线性)组合。

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