Фото: Pixabay
Сегодня исследователи изучают новые способы эффективного хранения данных: кодирование в виде ДНК или гравирование информации на стеклянных капсулах.
Как долго эти устройства смогут храниться и можем ли мы действительно рассчитывать на них, изучает BBC.
Существенная проблема
Большая часть наших данных хранится в виде единиц и нулей на магнитных лентах, таких как жесткие диски, но это далеко не идеальное решение. Размагничивание является большой проблемой: магниты теряют свое магнитное поле с течением времени, поэтому для надежного сохранения данных важно переписывать жесткие диски каждые несколько лет.
Хранение данных также требует огромных центров обработки, которые используют большое количество энергии для поддержания в прохладном состоянии. И это не идеальный вариант в мире, в котором случаются энергетические кризисы.
Высказываются предостережения, что промышленность просто не сможет успевать в плане производства достаточного количества жестких дисков и серверов.
Фото: Pixabay
Зачем хранить огромные объемы информации
Но действительно ли нам нужно хранить все эти данные и хранить их так долго? Одной из главных причин является наука. Исследователи генерируют беспрецедентные объемы данных, и чем больше их будет, тем лучше. Радиотелескопы и ускорители элементарных частиц, такие как Большой адронный коллайдер (LHC), например, генерируют массу данных, и ученые хотят сохранить их все. Один только LHC производит 90 петабайт (90 миллионов гигабайт) в год.
Глобальные угрозы, с которыми сталкивается человечество, также заставляют нас хранить как информацию, созданную человеком (например, искусство и науку), так и ДНК всех живых существ, чтобы жизнь могла быть воссоздана или на Земле, или перенесена на другие планеты.
ДНК как носитель для хранения
Сегодня исследования того, как мы можем хранить цифровые данные внутри цепочек ДНК, развиваются в результате усилий по расшифровке генома человека, синтезу ДНК и разработке методов генной терапии. Ученые уже успешно закодировали в ДНК некоторые фильмы, книги и компьютерные операционные системы. Многие исследователи считают, что они нашли идеальный носитель для невероятно долгосрочного хранения.
ДНК — это естественный выбор, говорят ученые. Природа использовала ДНК для хранения информации в виде геномов и оптимизировала ее на протяжении многих миллиардов лет. Поэтому ДНК с точки зрения эффективности значительно превосходит человеческие технологии.
Тот факт, что ученые могут восстанавливать фрагменты ДНК давно вымерших животных, таких как мамонты, показывает, что ДНК невероятно прочна. Исследователи утверждают, что ДНК может быть читаемой в течение вплоть до 1.5 миллиона лет.
Однако при этом она невероятно хрупкая. Есть множество способов уничтожить ее: влажность, кислоты и радиация повреждают ДНК. Но в холодных и сухих условиях ее можно хранить сотни лет. Еще лучше ДНК можно защитить, инкапсулировав ее в другие материалы, такие как стеклянные шарики, имитируя то, как генетический материал защищен в древних ископаемых. Это помогает защитить ДНК как от химических веществ, так и от тепла.
Дополнительная защита может быть получена от размещения ее в физически безопасном месте. Хранить важные для человечества данные в инкапсулированной ДНК в ледяном хранилище можно «практически вечно», говорят исследователи.
Еще одно огромное преимущество заключается в том, что это невероятно плотное хранилище информации, не сравнимое ни с одним другим устройством, созданным человеком. Приблизительно 33 зетабайта данных, которые люди произведут до 2025 года (1 зетабайт = 1 073 741 824 терабайт), могут быть вдавлены в размер мяча для пинг-понга при ДНК-сохранении. Также такое хранение практически не будет требовать энергии по сравнению с сегодняшними вариантами.
Но ученым еще предстоит решить множество недостатков, таких как чрезмерные затраты, разработка механизмов быстрой записи и чтения, а также уязвимость к мутациям или ошибкам.
Фото: Pixabay
Альтернативы
Однако синтез ДНК будет связан с риском. Люди могут попытаться использовать его для хранения других вещей, помимо данных. Теоретически, люди могут синтезировать вирусы или бактерии, или даже создать чью-то ДНК и оставить ее на месте преступления. Учитывая это, стоит подумать об альтернативах.
Утверждается, что технология оптического хранения данных может стать достойным соперником, так как может прослужить миллионы или даже миллиарды лет.
Информацию гравируют на прочных капсулах из кремниевого стекла с помощью лазера, подобно тому, что используется в хирургии глаз. Интенсивные короткие лазерные импульсы сфокусированы особым образом, чтобы создать микровзрыв, проделывающий крошечную дырочку в стекле. В таких условиях могут образовываться наноструктуры, которые можно использовать для кодирования информации.
Процесс подобен записи DVD-дисков с использованием лазерных полимеров или красителей, но здесь структуры крошечные и невероятно стабильные, выдерживают температуру по крайней мере до 1000 °C и не повреждаются радиацией.
С помощью этой технологии уже сохранено много информации, в частности Всеобщая декларация прав человека, а Microsoft сохранила в стекле весь фильм о Супермене 1978 года.
Но ведь и для широкого использования этого метода нужно решить проблемы скорости записи и чтения, а также уменьшения стоимости. К тому же стеклянные носители информации, используемые в данном случае, можно просто разбить камнем.
Фото: Pixabay
Ближайшая перспектива
Тем временем исследователи ищут также молекулярные варианты кодирования данных, не включающие в себя ДНК. Например, код можно создать, просто контролируя массу отдельных молекул, когда разные массы представляют разные комбинации 0 и 1.
Исследователи говорят, что сохранение огромного количества информации в ДНК может стать доступным всего через несколько десятилетий.
В ближайшие пять-десять лет эту технологию скорее всего начнут использовать для хранения данных, к которым не нужно часто прибегать (финансовые записи или исторические данные).
На вопрос, сможем ли мы однажды печатать собственную ДНК на устройствах дома, исследователи отвечают, что в какой-то момент это произойдет.
