Beyond the cloudBeyond the cloudNo laughing matterNo laughing matter

从书籍到软盘再到磁存储器,存储信息的技术不断改进。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。

随着数据繁荣的继续,越来越多的信息存储在越来越少的空间里。即使是云——它的名字承诺了不透明、无限的空间——最终也会达到它的存储极限,不能阻止所有的黑客,并消耗能源。现在,一种储存信息的新方法出现在了易受黑客攻击的互联网之外,这种方法无需书写任何能量,而且,据开发这种方法的一名研究人员称,它“可能使信息被保存数百万年”。

“想想用一茶匙蛋白质存储纽约公共图书馆的内容,”乔治·怀特赛德斯(George Whitesides)实验室的博士后学者布莱恩·卡弗蒂(Brian Cafferty)说。这项工作是与米兰·克西奇和他在西北大学的团队合作完成的。

卡弗蒂说:“至少在目前这个阶段,我们没有看到这种方法与现有的数据存储方法竞争。”“相反,我们将其视为对这些技术的补充,并将其作为一个初始目标,非常适合长期的档案数据存储。”

卡弗蒂的化学工具可能无法取代云。但是这个文件系统提供了一个诱人的替代生物存储工具,比如合成DNA,科学家们最近学会了用它来记录任何信息,包括gif、烹饪教程、文本和音乐。

虽然DNA与计算机芯片相比很小,但在分子世界中却很大。而DNA合成需要熟练且经常重复的劳动。如果每条信息都需要从头设计,那么高分子存储将是一项耗时耗力的工作。

卡弗蒂说:“我们开始探索一种不直接借鉴生物学的策略。“我们转而依靠有机化学和分析化学中常见的技术,开发了一种利用小分子、低分子量分子编码信息的方法。”

只用一种合成方法,该团队就产生了足够的小分子,可以同时编码多个视频,这使得这种方法比基于DNA的方法更省力,也更便宜。对于它们的低重量分子,研究小组选择了寡肽(两个或多个肽结合在一起),它们是常见的、稳定的,并且比DNA、RNA或蛋白质更小。

寡肽的质量因其数量和氨基酸类型而异。它们混合在一起,就像字母汤里的字母一样,彼此是可以区分的。

从字母中造词有点复杂:在微孔中——就像打地鼠的微型版本,但有384个孔——每口井都含有寡肽。当墨水在纸上被吸收时,寡肽混合物被组装在一个金属表面,并被储存起来。如果研究小组想要读回他们“写的”东西,他们会通过质谱仪观察其中的一口井,质谱仪会按质量对分子进行分类。这告诉他们寡肽是存在的还是不存在的:它们的质量暴露了它们。

为了把混杂的分子转换成字母和单词,研究人员借用了二进制代码。例如,一个M使用八种可能的寡肽中的四种,每种寡肽的质量不同。漂浮在井里的四个人得到1,而失踪的四个人得到0。分子二进制代码指向对应的字母,如果信息是图像,则指向对应的像素。

用这种方法,八个寡肽的混合物可以存储一个字节的信息;32可以存储4个字节;等等。

到目前为止,卡弗蒂和他的团队已经“写作”、“存储”并“阅读”了物理学家理查德·费曼(Richard Feynman)的著名演讲《海底有足够的空间》(There Is Plenty of Room at the Bottom)、克劳德·香农(Claude Shannon)的照片(被称为信息论之父),以及北斋的木版画《神奈川巨浪》(the Great Wave off Kanagawa)。据估计,到2020年,全球数字档案馆的容量将达到44万亿千兆字节(2013年的10倍),因此海啸图片似乎是合适的。

该团队能够以99.9%的准确率检索他们存储的杰作。他们的写作速度平均为每秒8位,阅读速度为每秒20位。因为他们的书写速度远远超过了合成DNA的书写速度,在这个阶段,使用高分子材料的阅读可以更快、更便宜。但是随着技术的进步,团队的速度可能会提高。例如,一台喷墨打印机可以以每秒1000滴的速度打印出更多的信息,并将更多的信息塞进更小的区域。改进的质谱仪一次可以接收更多的信息。

该团队还可以提高不同种类分子的稳定性、成本和分子存储能力。它们的寡肽是定制的,因此更贵。但未来图书馆建设者可以买便宜的像alkanethiols分子,这可能创纪录的100000000信息仅为一分钱。与其他分子信息存储系统,它依赖于一个特定的分子,这种方法可以使用任何的可塑性分子只要它可以操纵的碎片。

寡肽和类似的选择已经具有弹性。“在适当的条件下,寡肽具有数百年或数千年的稳定性,”论文称。耐寒的分子可以在没有光或氧的情况下,在高温和干旱下存活。而且,与黑客可以从他们最喜欢的安乐椅上访问的云不同,分子存储只能亲自访问。即使小偷发现了隐藏的数据,也需要化学物质来检索代码。

相关的

A single molecule has been produced in an optical tweezer by a controlled reaction between a single sodium and single cesium atom. Inside a glass cell vacuum apparatus, a laser-cooled cloud of sodium atoms is suspended, allowing a microscope to view the fluorescence from individual atoms trapped side-by-side.

两个原子在偶极分子中结合

这一成就可能导致更高效的量子计算

James Cuff, assistant dean and distinguished engineer for research computing, is the principle investigator on a $4 million NSF grant to develop the North East Storage Exchange, a collaboration of five local universities to provide easier storage and faster retrieval of massive quantities of data.

对于更大的数据,需要更多的存储空间

随着奥德赛的扩张,哈佛和合作大学将能更快地获取大量信息

http://petbyus.com/750/