Хранение информации на микроскопических носителях
Стюарт Кей, CC BY 2.0
Исследователи из французского Института Шарля Садрона и Экс-Марсельского университета встроили двоичные данные в нить синтетического полимера, крошечную цепочку химической информации примерно в 60 000 раз тоньше, чем прядь волос.
Эта технология обещает сократить будущее хранения данных до нанометров в ближайшие годы, говорит исследователь Жан-Франсуа Лутц, заместитель директора Института Чарльза Садрона и исследователь в статье, опубликованной в Nature Communications.
В настоящее время для хранения одного зеттабайта (1 миллиарда терабайт) требуется примерно 1000 килограммов кобальтового сплава, материала, используемого в жестких дисках. Зеттабайт синтезированного Лутцем полимера будет весить около 10 граммов.
Процесс изготовления полимера подобен нанизыванию жемчужного ожерелья. На простейшем уровне цифровая информация кодируется нулями и единицами. Исследователи присвоили определенным химическим компонентам, называемым мономерами, ноль и единицу. Чтобы построить полимер, нужно просто химически соединить эти мономеры вместе в определенном порядке, создав полимер. Ученые используют масс-спектрометр, устройство, часто используемое для секвенирования ДНК, чтобы позже прочитать данные.
Технология все еще находится в зачаточном состоянии. Лутц говорит, что исследования ведутся уже около двух лет, и прямо сейчас исследователи могут связать воедино всего несколько байтов информации. Но Лутц возлагает большие надежды на то, что они смогут обрабатывать килобайты информации в ближайшие пять лет. Он смотрит на недавние достижения в области кодирования биологических нитей ДНК таким же образом, как на дорожную карту того, как может развиваться технология синтетических полимеров.
Исследователи из Гарвардской медицинской школы и Technicolor возглавили работу по хранению данных в ДНК.
ДНК вместо двух бинарных вариантов имеет четыре, называемых основаниями (обозначаются буквами: G, A, T и C). Таким образом, преобразовав цифровой файл в двоичный файл, а затем сопоставив этот двоичный файл с основаниями ДНК, исследователи смогли закодировать 10 мегабайт в последовательность ДНК, а затем расшифровать ее позже в течение нескольких часов.
Профессор генетики из Гарварда Джордж Черч ранее использовал этот метод ДНК для печати 70 миллионов копий своей книги на ДНК, поместив все эти данные в каплю жидкости и дебютировав в The Colbert Report.
Technicolor и Гарвард рассматривают эту технику для хранения больших объемов медиафайлов в архивных целях. ДНК может уместить петабайты информации в капле жидкости и просуществовать более 100 000 лет в правильных условиях, так что это намного предпочтительнее, чем, скажем, дискета.
Самое большое ограничение сейчас - это время. В настоящее время для кодирования 10 МБ требуется несколько дней, что составляет ничтожную долю размера полнометражного фильма, и около восьми часов для декодирования тех же 10 МБ. Они рассчитывают, что смогут кодировать полнометражные фильмы через два-три года, когда технология станет коммерчески жизнеспособной.
Латц, работающий над синтетическими полимерами, говорит, что его процесс, хотя и не будет жизнеспособным через несколько лет, на самом деле лучше подходит для задачи хранения данных, чем ДНК.
«ДНК действительно была создана биологией и эволюцией для работы в биологических ситуациях, но если вы хотите работать в области нанотехнологий, это совсем другая среда», - сказал Лутц. «Наша идея состоит в том, что химия может дать что-то, что легче синтезировать и дешевле, чем ДНК».