存儲技術新突破 采用有機小分子長期穩(wěn)定存儲

書籍會被焚毀，電腦會被黑客攻擊，DVD光盤會失效。雖然信息存儲技術（紙張的墨水、電腦、CD或DVD，甚至是DNA）在不斷完善，但是各種形式的威脅，簡單的方式例如水，復雜的方式例如網絡攻擊，仍然會破壞我們的存儲記錄。

隨著數據呈“爆炸式”地持續(xù)增長，越來越多的信息存儲在越來越少的空間中，甚至連“云”（其名稱意味著不透明的無盡空間）最終也將耗盡空間，無法阻止所有的黑客，并急劇地消耗著能量。

創(chuàng)新

現在，哈佛大學開發(fā)的一種存儲信息的新方法，可穩(wěn)定地存儲數據達數百萬年。它處于會遭到黑客攻擊的互聯網之外，而且在寫入數據之后不會消耗能量。你需要的僅僅是一名化學家、便宜的分子以及寶貴的信息。

描述這項新技術的論文第一作者、喬治·懷特塞茲（George Whitesides）實驗室的博士后訪問學者、哈佛大學教授布瑞恩·卡弗蒂（Brian Cafferty）表示：“這就像通過一小匙蛋白質來存儲紐約公共圖書館的內容?！彼c米蘭·密克西切（Milan Mrksich）及其在美國西北大學的研究小組合作開展了這項工作。

卡弗蒂表示：“至少在這個階段，我們并沒有發(fā)現這個方法會與現有的數據存儲方法產生競爭，我們反而發(fā)現這個方法與現有技術互補。作為初始目標來說，它非常適合長期的檔案數據存儲?！?/p>

技術

卡弗蒂的化學工具也許無法取代“云”。但是，這個文件系統(tǒng)提供了一種替代生物存儲工具的方案，該方案非常誘人。近期，科學家們研究出如何操控我們基因信息的忠誠守護者來編碼更多的信息，而不僅是眼睛顏色的信息。研究人員們現在可以合成DNA鏈來記錄任何信息，包括貓的視頻、飲食趨勢、烹飪教程（他們是否應該這么做又是另一個問題）。

雖然DNA與計算機芯片相比非常小，但是在分子世界中高分子卻非常大。而且，DNA合成需要熟練且經常重復的勞動。如果每條信息都要從頭開始設計，那么高分子存儲將變成漫長且昂貴的工作。

卡弗蒂表示：“我們打算研究出一個策略，并不是直接借用生物學。取而代之的是，我們依賴于有機化學與分析化學中的常見技術，開發(fā)出一個采用小型、輕量的分子來編碼信息?！?/p>

僅僅通過一次合成，團隊就可以制造出足夠的小型分子，從而一次編碼多個貓視頻。因此，這個方案與基于DNA的方案相比，勞動密集程度更低，也更便宜。

團隊選擇了寡肽（兩個或者更多的肽綁定在一起）作為他們的輕量分子。寡肽很常見，也很穩(wěn)定，而且比DNA、RNA或者蛋白質都更小。

根據它們的氨基酸數量與種類，各種寡肽的質量也不同。即使混合在一起，它們也可以互相區(qū)分開來，就像字母湯里面的字母一樣。

用字母組成單詞有點復雜：在微孔板（如同迷你版的打地鼠游戲機，但是有384個鼠洞）中，每個洞都含有不同質量的寡肽。就像墨水在紙張頁面上被吸收一樣，寡肽混合物在存儲它們的金屬表面上聚集起來。如果團隊想要讀回它們所“寫”的內容，他們需要通過質譜儀觀察某個洞，質譜儀會根據質量分類這些分子。這樣一來，他們就可以知道寡肽存在與否：它們的質量暴露了它們。

然后，為了將一大堆雜亂的分子轉化為字母與單詞，他們借助于二進制代碼。例如，“M”采用8個寡肽中的4個，每個都具有不同質量。這四個寡肽在洞中漂浮，接收一個“1”；另外四個接收“0”。分子二進制代碼代表一個相應的字母，如果信息是一幅圖像，那么就代表相應的像素。

通過這種方法，8個寡肽的混合物可以存儲一個字節(jié)信息；32個可以存儲四個字節(jié)信息；越多的寡肽存儲的信息就越多。

目前為止，卡弗蒂及其團隊“寫入”，存儲，并“讀出”物理學家理查德··費曼（Richard Feynman）的著名演講《在底部還有很大空間》（There is plenty of room at the bottom），以及信息論之父克勞德·香農（Claude Shannon）的一張照片，還有葛飾北齋的木版畫“神奈川巨浪”。因為全世界的數字檔案到2020年將達到44萬億吉字節(jié)（2013年的10倍），一幅海嘯圖像似乎很貼切。

價值

目前，團隊能以99.9%的準確率檢索他們存儲的杰作。他們“寫入”數據的平均速率達到每秒8比特，而“讀出”數據的平均速率達每秒20比特。盡管他們的“寫入”速度遠遠超過合成DNA寫入數據的速度，但是通過大分子讀出數據可能會更快而且更便宜。

但是，通過更快的技術，團隊的速度一定會提升。例如，一個噴墨打印機，可以生成墨滴的速率為每秒1千滴，并能將更多的信息塞進更小的區(qū)域中。然而，經過改進的質譜儀一次可以接收更多的信息。

團隊也通過不同類型的分子，改善了分子存儲的穩(wěn)定性、價格和容量。他們的寡肽是定制的，因此也更加昂貴。然而，未來的分子庫建設者可以采購便宜的分子（例如烷基硫醇）。這些分子記錄1億個比特的信息，只需花費1美分。

其他的分子信息存儲系統(tǒng)會依賴于某個特定的分子。不同于這些系統(tǒng)，這個方案可以采用任何具有延展性的分子，只要這些分子可以被操控成可區(qū)分的比特。

寡肽（以及相似的選擇）的適應力很強。論文稱：“寡肽在合適的條件下，穩(wěn)定性可達數百或數千年?！边@種適應力強的分子能在沒有光線或者氧氣的條件下適應高溫干旱的環(huán)境。而且不同于能被黑客輕而易舉入侵的“云”，分子存儲只能被本人親自訪問，不易受到黑客攻擊。即使盜賊找到了存放的數據，還需要一些化學知識去檢索代碼。

對于未來信息存儲來說，卡弗蒂的可擴展分子庫是一個穩(wěn)定、零能耗且抗腐蝕的選擇。所以，如果圖書被焚毀、電腦被黑客入侵，DVD光盤失效，一個充滿信息的“打地鼠游戲機”還可以提醒未來的人類：我們是多么地熱愛美好的貓視頻。