導讀
據美國哈佛大學官網近日報導，該校研究人員開發出一種存儲信息的新方法，該方法可以穩定地存儲數據達數百萬年，也可以免受網際網路黑客攻擊，且在寫入數據之後不會消耗能量。
背景
書籍會被焚毀，電腦會被黑客攻擊，DVD光碟會失效。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，複雜的方式例如網絡攻擊，仍然會破壞我們的存儲記錄。
黑客（圖片來源：普渡大學）
隨著數據呈「爆炸式」地持續增長，越來越多的信息存儲在越來越少的空間中，甚至連「雲」（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，並急劇地消耗著能量。
創新
現在，哈佛大學開發的一種存儲信息的新方法，可穩定地存儲數據達數百萬年。它處於會遭到黑客攻擊的網際網路之外，而且在寫入數據之後不會消耗能量。你需要的僅僅是一名化學家、便宜的分子以及寶貴的信息。
（圖片來源：Michael J. Fink）
描述這項新技術的論文第一作者、喬治·懷特塞茲（George Whitesides）實驗室的博士後訪問學者、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。」他與米蘭·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，我們並沒有發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。」
哈佛大學信息服務中心的計算機存儲設備（圖片來源：Justin Ide，哈佛大學新聞辦公室）
技術
卡弗蒂的化學工具也許無法取代「雲」。但是，這個文件系統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（他們是否應該這麼做又是另一個問題）。
(圖片來源：麻省理工學院)
雖然DNA與計算機晶片相比非常小，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複的勞動。如果每條信息都要從頭開始設計，那麼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，並不是直接借用生物學。取而代之的是，我們依賴於有機化學與分析化學中的常見技術，開發出一個採用小型、輕量的分子來編碼信息。」
僅僅通過一次合成，團隊就可以製造出足夠的小型分子，從而一次編碼多個貓視頻。因此，這個方案與基於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，也很穩定，而且比DNA、RNA或者蛋白質都更小。
根據它們的胺基酸數量與種類，各種寡肽的質量也不同。即使混合在一起，它們也可以互相區分開來，就像字母湯裡面的字母一樣。
用字母組成單詞有點複雜：在微孔板（如同迷你版的打地鼠遊戲機，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。
然後，為了將一大堆雜亂的分子轉化為字母與單詞，他們藉助於二進位代碼。例如，「M」採用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」。分子二進位代碼代表一個相應的字母，如果信息是一幅圖像，那麼就代表相應的像素。
通過這種方法，8個寡肽的混合物可以存儲一個字節信息；32個可以存儲四個字節信息；越多的寡肽存儲的信息就越多。
（圖片來源：參考資料【1】）
目前為止，卡弗蒂及其團隊「寫入」，存儲，並「讀出」物理學家理察··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），以及資訊理論之父克勞德·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（2013年的10倍），一幅海嘯圖像似乎很貼切。
（圖片來源：參考資料【1】）
價值
目前，團隊能以99.9%的準確率檢索他們存儲的傑作。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。儘管他們的「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，一個噴墨印表機，可以生成墨滴的速率為每秒1千滴，並能將更多的信息塞進更小的區域中。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定性、價格和容量。他們的寡肽是定製的，因此也更加昂貴。然而，未來的分子庫建設者可以採購便宜的分子（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會依賴於某個特定的分子。不同於這些系統，這個方案可以採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，穩定性可達數百或數千年。」這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乾旱的環境。而且不同於能被黑客輕而易舉入侵的「雲」，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。
對於未來信息存儲來說，卡弗蒂的可擴展分子庫是一個穩定、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光碟失效，一個充滿信息的「打地鼠遊戲機」還可以提醒未來的人類：我們是多麼地熱愛美好的貓視頻。
關鍵字
存儲、分子、化學
參考資料
【1】Brian J. Cafferty, Alexei S. Ten, Michael J. Fink, Scott Morey, Daniel J. Preston, Milan Mrksich, and George M. Whitesides. Storage of Information Using Small Organic Molecules. ACS Cent. Sci., Article ASAP DOI: 10.1021/acscentsci.9b00210