我們怎樣存儲(chǔ)信息？

寫下來的紙張會(huì)被焚毀，電腦可能會(huì)被黑，DVD可能會(huì)無法讀取。威脅無處不在，從簡單的一盆水到復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)攻擊，都有可能讓我們的記錄化為烏有。

信息爆炸，數(shù)據(jù)井噴，可能未來連云存儲(chǔ)也無法承載，而且它無法阻擋住所有黑客，還會(huì)持續(xù)消耗能量。據(jù)估計(jì)，到2020年，全球數(shù)字化檔案估計(jì)將達(dá)到44萬億Gb，數(shù)字化海嘯馬上就要席卷而來，浪潮之下，我們應(yīng)該如何面對(duì)海量信息？

哈佛信息服務(wù)中心的計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)架與笨拙的數(shù)據(jù)線

現(xiàn)在，有一種存儲(chǔ)信息的新方法可以穩(wěn)定地存儲(chǔ)數(shù)百萬年的數(shù)據(jù)，并且不受到黑客的威脅。

它的占用空間非常小，想象一下用一勺蛋白質(zhì)就可以保存整個(gè)紐約市公共圖書館的資料，一鍋蛋白質(zhì)就可以容納所有地球往事。并且一旦編寫，就不會(huì)再消耗能量。所需要的只有一個(gè)化學(xué)家，一些易得的分子和需要存儲(chǔ)的信息。

這是哈佛大學(xué)與西北大學(xué)合作開發(fā)的一個(gè)項(xiàng)目，研究結(jié)果已經(jīng)在國際學(xué)術(shù)期刊ACS Central Science發(fā)表。該項(xiàng)目提出并實(shí)現(xiàn)了利用易獲得、低能耗、穩(wěn)定且能超長時(shí)間保存的寡肽分子存儲(chǔ)數(shù)據(jù)（以二進(jìn)制形式），數(shù)據(jù)檢索準(zhǔn)確率超過99%。

從生物學(xué)到有機(jī)化學(xué)：數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的靈感

利用生物存儲(chǔ)能力來存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的想法早已有之，并且已經(jīng)有了一定的進(jìn)展。比如，目前我們已經(jīng)可以通過合成DNA鏈來記錄信息，記錄的信息可以從美食照片，烹飪教程一直到擼貓視頻。

但是雖然DNA與計(jì)算機(jī)芯片相比較小，但還是屬于大分子。并且，DNA的合成需要大量重復(fù)的勞動(dòng)。如果每條消息都需要從頭開始設(shè)計(jì)編譯，那么大分子存儲(chǔ)可能會(huì)因?yàn)檫^于昂貴耗時(shí)而無法實(shí)現(xiàn)。

Brian Cafferty，該研發(fā)團(tuán)隊(duì)的成員之一，也是論文的第一作者介紹說，于是他們的研究團(tuán)隊(duì)從生物學(xué)轉(zhuǎn)向有機(jī)和分析化學(xué)尋求靈感，開發(fā)使用一種更小、更低分子量的分子來編碼信息的方法。

這種存儲(chǔ)方式只需一次合成就可以生成足夠的小分子，用以編碼多個(gè)視頻，使這種方法無疑比基于DNA的方法更省力也更便宜。

用分子實(shí)現(xiàn)聽說讀寫畫

該團(tuán)隊(duì)選擇的低分子量分子是寡肽（兩個(gè)或多個(gè)結(jié)合在一起的肽），這些肽常見而穩(wěn)定，并且比DNA，RNA或蛋白質(zhì)分子量都要小。

而且由于組成寡肽的氨基酸數(shù)量和類型不同，它們的分子質(zhì)量是有差異的。當(dāng)不同的寡肽分子混合在一起時(shí)，這種差異可以實(shí)現(xiàn)相互區(qū)分，不同質(zhì)量的分子就像字母表中的不同字母一樣。

將這些“字母”組成單詞會(huì)有點(diǎn)復(fù)雜，該團(tuán)隊(duì)將不同質(zhì)量的寡肽存儲(chǔ)在384個(gè)不同的“微孔”中，然后將寡肽混合物放置在金屬板的表面上，就像將墨水印在書頁上一樣。如果想要讀取“寫下”的內(nèi)容，可以通過質(zhì)譜儀按質(zhì)量對(duì)微孔中的分子進(jìn)行分類，查看這個(gè)孔中存在哪些寡肽、不存在哪些寡肽，由此讀取內(nèi)容。

然后團(tuán)隊(duì)使用二進(jìn)制編碼將混亂的分子翻譯成字母和單詞。例如，字母“K”在ASCII（美國信息交換標(biāo)準(zhǔn)代碼）中被寫作01001011，就可以通過使用八種不同質(zhì)量的寡肽存儲(chǔ)“K”。將微孔中存在的四種寡肽讀取為“1”，而缺失的四種讀取為“0”（如下表）。這些分子二進(jìn)制代碼指向相應(yīng)的字母；如果存儲(chǔ)的信息是圖像，則指向相應(yīng)的像素。使用這種方法，八種寡肽的混合物可以存儲(chǔ)一個(gè)字節(jié)的信息; 32種寡肽的混合物可以存儲(chǔ)四個(gè)字節(jié)，以此類推。

更快，更便捷，更安全

到目前為止，Cafferty和他的團(tuán)隊(duì)已經(jīng)用這種方法記錄、存儲(chǔ)并“閱讀”了物理學(xué)家Richard Feynman的著名演講、Claude Shannon（他被稱為“信息理論之父”）的相片和葛飾北齋的畫作《神奈川沖浪里》。

名畫《神奈川沖浪里》

經(jīng)檢驗(yàn)，這種存儲(chǔ)方式的檢索準(zhǔn)確率為99.9％。平均“寫入”速度為每秒8bits，“讀取”速度每秒20 bits。雖然目前還比大多數(shù)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)備要慢，但隨著技術(shù)的繼續(xù)發(fā)展，速度肯定還會(huì)提升。例如，如果噴墨打印機(jī)可以以每秒1,000次的速率產(chǎn)生液滴，就能將更多信息塞入更小的區(qū)域，或者再加以改進(jìn)質(zhì)譜儀使之可以同時(shí)獲取更多信息。

未來，還可以通過引入不同類別的分子，提高存儲(chǔ)的穩(wěn)定性和容量，并降低成本。實(shí)驗(yàn)中使用寡肽是定制的，因此價(jià)格較貴。但未來還可以考慮可以購買更便宜的分子（如烷硫醇），實(shí)現(xiàn)花1美分就可以記錄1億比特的信息。

“目前，這種方法還不會(huì)取代現(xiàn)有的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方法，”Cafferty說，“我們認(rèn)為它是對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的補(bǔ)充，非常適合長期存檔數(shù)據(jù)存儲(chǔ)?！盋afferty團(tuán)隊(duì)提出的分子存儲(chǔ)方法是一種穩(wěn)定的、零能耗、抗腐蝕的存儲(chǔ)可選方案。

寡肽等分子具備復(fù)原能力，可以在數(shù)百年甚至數(shù)千年的時(shí)間內(nèi)保持穩(wěn)定性。在高溫和干旱的情況下，這些分子可以在沒有光或氧的情況下存活下來。而且，黑客無法像攻破云存儲(chǔ)那樣竊取分子存儲(chǔ)的內(nèi)容，分子存儲(chǔ)只能通過人工訪問。即使被發(fā)現(xiàn)藏匿的數(shù)據(jù)，小偷也需要擁有足夠的化學(xué)知識(shí)才能實(shí)現(xiàn)代碼檢索。

所以未來，即使所有的書都付之一炬，所有的計(jì)算機(jī)都被黑了，所有DVD都被毀壞，這些分子可能還會(huì)繼續(xù)存在，提醒未來的人類，我們曾經(jīng)是多么喜歡那些萌萌的貓咪視頻。