分子数据存储技术可使信息长存于世

博士后研究员Brian Cafferty正在展示其有关分子存储的论文成果。

从书籍到软盘，再到磁存储器，信息存储技术始终在不断发展。然而，简单如水淹、复杂如网络攻击，都可能对我们存储的信息造成威胁。随着数据的爆炸式增长，越来越多的信息需要存储在尽可能小的空间中。即便是“无限”的云存储也有存储极限，不能阻止所有黑客攻击，并且会持续消耗能源。据scienceblog.com网站报道，美国研究人员近日报道了一种存在于脆弱的互联网之外的存储信息的新方法。该方法在信息写入后不再消耗能量，并且有望使信息保存时间长达数百万年。

George Whitesides实验室的博士后研究员Brian Cafferty说：“试想，用一茶匙蛋白质就能存储纽约公共图书馆的内容将是多酷的事情。我们将分子存储技术视作云存储等技术的补充，它非常适合长期的档案数据存储。”Cafferty和美国西北大学的Milan Mrksich团队合作完成了相关研究。

Cafferty等开发的化学存储工具可能无法取代云存储，但他们为研究人员们提供了一种诱人的替代型生物存储工具。例如，合成DNA虽然也能存储一定信息，与计算机芯片相比也很小，但它在分子世界中却“很大”。合成DNA还需要熟练的重复劳动。如果每条信息都需要从头设计，那么大分子存储技术将是一项耗时耗力的工作。Cafferty说：“为此，我们开始探索一种绕开生物学的迂回策略。我们转向考虑有机化学和分析化学中的常见技术，开发了一种利用低分子量小分子编码信息的方法。”

只用一种合成方法，Cafferty等就能制造足够数量的小分子，用于同时编码多个视频。这使得新方法比基于DNA的方法更加省力和便宜。研究人员选择寡肽作为编码信息的低分子量小分子。寡肽非常常见和稳定，而且比DNA和蛋白质等更小。寡肽的质量因其数量和氨基酸类型的不同而有差异。即便它们混合在一起，彼此也是能够区分的。

为了把混杂的分子转换成字母和单词，研究人员还借鉴了二进制代码。分子二进制代码指向对应的字母，而如果信息是图像，则指向对应的像素。利用这种方法，8个寡肽组成的混合物可以存储一个字节的信息，32个寡肽组成的混合物则可以存储4个字节的信息，以此类推。目前，Cafferty等已经完成了物理学家Richard Feynman等人著作的“写入”、“存储”和“读取”工作。据估计，到2020年，全球数字档案馆的储量将达到44万亿千兆字节，几乎是2013年的10倍。

Cafferty团队的信息检索准确率高达99.9%，信息写入速度和读取速度分别为8 bit/s和20 bit/s。新技术的写入速度远远超过了合成DNA的写入速度。随着技术的进步，新技术的速度还能进一步提高。新技术的稳定性、成本和存储能力也有不小的提升空间——由于Cafferty等目前使用的寡肽是定制的，成本相对较高。未来图书馆可以采购类似alkanethiols这样的廉价分子，它们记录上亿条信息的成本仅为1美分。Cafferty等认为，在适当的条件下，寡肽的稳定周期长达数百年。并且分子储存只能“用户亲自访问”，即便黑客发现了隐藏的数据，他们也必须使用特定的化学方法才能检索代码。

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编译：雷鑫宇 

审稿：三水  

责编：张梦 

原文链接：

https://scienceblog.com/508237/with-molecular-data-storage-cat-videos-could-outlast-us-all/

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