通過分子數(shù)據(jù)存儲 貓視頻可以比我們所有人都長
從書本到軟盤再到磁存儲器,存儲信息的技術(shù)不斷改進。然而,像水一樣簡單的威脅和像網(wǎng)絡(luò)攻擊一樣復雜的威脅仍然可以破壞我們的記錄。
隨著數(shù)據(jù)繁榮的繼續(xù),越來越多的信息被存儲在越來越少的空間中。即使是云 - 其名稱承諾不透明,無盡的空間 - 最終將達到其存儲限制,不能阻止所有黑客,并吞噬能量?,F(xiàn)在,一種新的存儲信息的方式存在于可破解的互聯(lián)網(wǎng)之外,一旦編寫就不會消耗能量,并且據(jù)開發(fā)它的研究人員說,“可以讓信息保存數(shù)百萬年”。
“想想用一茶匙蛋白質(zhì)存儲紐約公共圖書館的內(nèi)容,”布萊恩卡弗蒂說,他是George Whitesides實驗室的博士后學者,也是一篇描述新技術(shù)的論文的作者。這項工作是與米蘭Mrksich及其在西北大學的團隊合作完成的。
“至少在這個階段,我們沒有看到這種方法與現(xiàn)有的數(shù)據(jù)存儲方法競爭,”Cafferty說。“我們將其視為對這些技術(shù)的補充,并且作為初始目標,非常適合長期存檔數(shù)據(jù)存儲。”
Cafferty的化學工具可能無法取代云。但是文件系統(tǒng)為生物儲存工具提供了一種誘人的替代方案,例如合成DNA,科學家最近學會了操縱記錄任何信息,包括GIF,烹飪教程,文本和音樂。
但是,雖然DNA與計算機芯片相比較小,但在分子世界中卻很大。DNA合成需要熟練且經(jīng)常重復勞動。如果每條消息都需要從頭開始設(shè)計,那么大分子存儲可能是漫長且昂貴的工作。
“我們開始探索一種不直接從生物學中借鑒的策略,”卡弗蒂說。“我們依賴于有機和分析化學中常見的技術(shù),并開發(fā)了一種使用小的低分子量分子來編碼信息的方法。”
通過一次合成,該團隊生產(chǎn)了足夠的小分子,可以同時編碼多個視頻,使得該方法比基于DNA的方法更省力,更便宜。對于它們的低重量分子,該團隊選擇了寡肽(兩個或多個結(jié)合在一起的肽),這些肽是常見的,穩(wěn)定的,并且比DNA,RNA或蛋白質(zhì)小。
寡肽的質(zhì)量不同,取決于它們的氨基酸數(shù)量和類型。混合在一起,它們可以相互區(qū)分,就像字母湯中的字母一樣。
從字母中制作單詞有點復雜:在微孔中,像鼴鼠的微型版本,但有384個孔 - 每個孔都含有寡肽。當油墨在頁面上被吸收時,寡肽混合物被組裝在它們被儲存的金屬表面上。如果團隊想要回讀他們“寫下”的內(nèi)容,他們會通過質(zhì)譜儀查看其中一個井,質(zhì)譜儀按質(zhì)量對分子進行分類。這告訴他們哪些寡肽存在或不存在:它們的質(zhì)量使它們消失。
為了將混亂的分子翻譯成字母和單詞,研究人員借用了二進制代碼。例如,M使用八種可能的寡肽中的四種,每種寡肽具有不同的質(zhì)量。漂浮在井中的四個接收1,而缺失的四個接收零。分子二進制代碼指向相應的字母,或者如果信息是圖像,則指向相應的像素。
使用這種方法,八種寡肽的混合物可以存儲一個字節(jié)的信息; 32可以存儲四個字節(jié); 等等。
到目前為止,卡弗蒂和他的團隊已經(jīng)“書寫”,存儲和“閱讀”物理學家理查德費曼的著名演講“底部有足夠的空間”,克勞德·香農(nóng)(被稱為信息理論之父)的照片,以及北齋的木刻畫“神奈川的大浪”。由于預計到2020年全球數(shù)字檔案將達到44萬億千兆字節(jié)(2013年規(guī)模的10倍),因此海嘯的形象似乎是恰當?shù)摹?/p>
團隊可以以99.9%的準確率檢索他們存儲的杰作。他們的寫作平均每秒8位,讀數(shù)為20,因為它們的寫入速度遠遠超過了用合成DNA寫入的速度,在這個階段,大分子的讀取速度更快,更便宜。但隨著技術(shù)的加快,團隊的速度可能會提高。例如,噴墨打印機可以以每秒1,000次的速率產(chǎn)生液滴,并將更多信息塞入更小的區(qū)域。改進的質(zhì)譜儀一次可以獲取更多信息。
該團隊還可以通過不同類別的分子提高其分子存儲的穩(wěn)定性,成本和容量。他們的寡肽是定制的,因此更昂貴。但未來的圖書館建設(shè)者可以購買廉價的分子,如烷硫醇,這可以記錄100,000,000比特的信息只需1美分。與依賴于特定分子的其他分子信息存儲系統(tǒng)不同,該方法可以使用任何可延展分子,只要它可以被操縱成可區(qū)分的位。
寡肽和類似的選擇已經(jīng)具有彈性。“在適當?shù)臈l件下,寡肽具有數(shù)百或數(shù)千年的穩(wěn)定性,”該論文稱。在高溫和干旱的情況下,耐寒分子可以在沒有光或氧氣的情況下忍受。并且,與黑客不同,黑客可以從他們最喜歡的安樂椅上訪問,而分子存儲只能通過人工訪問。即使小偷發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)藏匿,也需要化學來檢索代碼。
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