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数百万年来 在分子中存储信息

发布时间:2019-07-07 14:48 来源:未知 编辑:admin

  书籍可以燃烧。电脑被黑了。DVD会降级。存储信息的技术 - 纸张,计算机,CD和DVD甚至DNA上的墨水 - 不断改进。然而,像水一样简单的威胁和像网络攻击一样复杂的威胁仍然可以破坏我们的记录。

  随着数据繁荣持续繁荣,越来越多的信息在越来越少的空间中被提交。即使是云 - 它的名字承诺不透明,无尽的空间 - 最终会耗尽空间,无法阻挡所有黑客,吞噬能量。现在,一种存储信息的新方法可以稳定地存储数百万年的数据,生活在可破解的互联网之外,并且一旦编写,就不会消耗能量。您所需要的只是化学家,一些廉价分子和您宝贵的信息。

  “想想用一茶匙蛋白质存储纽约公共图书馆的内容,”Brian Cafferty说,他是描述新技术的论文的第一作者,也是George Whitesides,Woodford L.和Ann A实验室的博士后学者。哈佛大学花卉大学教授。这项工作是与米兰Mrksich及其在西北大学的团队合作完成的。

  “至少在现阶段,我们认为这种方法不会与现有的数据存储方法竞争,”Cafferty说。“我们认为它是对这些技术的补充,并且作为初始目标,非常适合长期存档数据存储。”

  Cafferty的化学工具可能无法取代云。但文件系统为DNA等生物储存工具提供了一种诱人的替代方案。最近,科学家们发现了如何操纵我们忠实的遗传信息守护者来编码的不仅仅是眼睛的颜色。研究人员现在可以合成DNA链来记录任何信息,包括猫视频,饮食趋势和烹饪教程(它们是否应该是另一个问题)。

  但是,虽然DNA与计算机芯片相比较小,但分子世界中的大分子很大。并且,DNA合成需要熟练且经常重复的劳动。如果每条消息都需要从头开始设计,那么大分子存储可能会成为漫长而昂贵的工作。

  “我们开始探索一种不直接从生物学中借鉴的策略,”卡弗蒂说。“我们依赖于有机和分析化学中常见的技术,并开发了一种使用小的低分子量分子来编码信息的方法。”

  只需一次合成,团队就可以生成足够的小分子,一次编码多个猫视频,使这种方法比基于DNA的方法更省力,更便宜。

  对于它们的低分子量,该团队选择了寡肽(两个或多个结合在一起的肽),这些肽是常见的,稳定的,并且比DNA,RNA或蛋白质小。

  寡肽的质量也不同,这取决于它们的氨基酸数量和类型。混合在一起,它们可以相互区分,就像字母汤中的字母一样。

  从字母中制作单词有点复杂:在微孔中 - 就像一个微型版本的敲击鼹鼠,但有384个摩尔孔 - 每个孔都含有不同质量的寡肽。就像墨水被页面吸收一样,然后将寡肽混合物组装在金属表面上,在那里储存它们。如果团队想要回读他们“写下”的内容,他们会通过质谱仪查看其中一个井,质谱仪按质量对分子进行分类。这告诉他们哪些寡肽存在或不存在:它们的质量使它们消失。

  然后,为了将混乱的分子翻译成字母和单词,他们借用了二进制代码。例如,“M”使用八种可能的寡肽中的四种,每种寡肽具有不同的质量。漂浮在井中的四个接收“1”,而缺失的四个接收“0”。分子二进制代码指向相应的字母,或者如果信息是图像,则指向相应的像素。

  使用这种方法,八种寡肽的混合物可以存储一个字节的信息; 32可以存储四个字节; 而更多可以储存更多。

  到目前为止,Cafferty和他的团队“写下”,存储和“阅读”物理学家Richard Feynman的着名演讲“底部有足够的空间”,Claude Shannon(被称为信息理论之父)和Hokusai的照片木刻画神奈川县的大浪。由于到2020年全球数字档案估计达到44万亿千兆比特(是2013年的十倍),因此海啸的形象似乎是恰当的。

  现在,团队可以以99.9%的准确率检索他们存储的杰作。他们的“写入”平均每秒8位,“读取”平均每秒20位。尽管它们的“书写”速度远远超过了用合成DNA书写的速度,但对于大分子而言,阅读速度可能更快,更便宜。

  但是,随着技术的加快,团队的速度肯定会增加。例如,喷墨打印机可以以每秒1,000次的速率产生液滴,并将更多信息塞入更小的区域。而且,改进的质谱仪可以同时获取更多信息。

  该团队还可以通过不同类别的分子提高其分子存储的稳定性,价格和容量。他们的寡肽是定制的,因此更昂贵。但未来的图书馆建设者可以购买廉价的分子(如烷硫醇),只需1美分就可以记录100,000,000比特的信息。

  与依赖于一种特定分子的其他分子信息存储系统不同,该方法可以使用任何可延展分子,只要它可以被操纵成可区分的位。

  寡肽 - 以及类似的选择 - 已经具有弹性。“在适当的条件下,寡肽具有数百或数千年的稳定性,”该论文称。在高温和干旱的情况下,耐寒分子可以在没有光或氧的情况下忍受。并且,与黑客不同,黑客可以从他们最喜欢的安乐椅上访问,分子存储只能通过人工访问。即使小偷发现数据藏匿,也需要一点化学来检索代码。

  Cafferty可扩展的分子库是一种稳定的,零能耗,抗腐蚀的选择,可用于未来的信息存储。因此,如果书籍被刻录,计算机遭到黑客攻击,DVD就会失败,那么充满信息的蠢事可能会持续存在,以提醒未来的人类我们多么喜欢好猫视频。

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