Недавние достижения в области хранения данных открывают новые возможности для науки и технологий. Ученые разработали уникальную систему, использующую ДНК для хранения огромного количества информации — до 10 петабайт на кубический сантиметр. Это не только значительно увеличивает плотность хранения, но и дает возможность выполнять вычисления, такие как решение головоломок, включая судоку.
ДНК, как природная система хранения информации, обладает выдающейся плотностью: каждая клетка может хранить около 800 МБ данных. С учетом того, что в человеческом теле содержится триллионы клеток, можно считать, что каждый человек — это ходячий архив. Однако использование ДНК для хранения данных сталкивается с рядом проблем, включая нестабильность при записи и чтении информации. Ученые изобрели новую технологию, которая решает эти проблемы, используя мягкий полимерный материал в качестве каркаса для ДНК.
Ключевым элементом этой системы стали так называемые «дендримеры» — полимерные структуры, которые формируют сеть наноразмерных волокон. Эти волокна обеспечивают большую площадь поверхности, что позволяет эффективно помещать ДНК в нанофибриллы, не теряя при этом плотности хранения данных. Это решение значительно улучшает стабильность хранения: дендримеры могут выдерживать более 170 циклов дегидратации и регидратации, в то время как «голая» ДНК справляется лишь с 60 циклами.
Эта передовая технология позволяет хранить данные с невероятной плотностью — до 10 петабайт на кубический сантиметр. Для сравнения, это эквивалентно 10 миллионам гигабайт информации в устройстве размером с обычный моноблок. Ученые также предсказали, что ДНК, хранящаяся в полимерных нановолокнах, будет иметь период полураспада около 6000 лет при температуре 4°C и до 2 миллионов лет при -18°C, что делает ее идеальной для долгосрочного архивного хранения.
Запись данных в ДНК осуществляется с помощью алгоритмов, которые преобразуют информацию в последовательности нуклеиновых кислот — буквы A, C, G и T. Данные можно извлекать из ДНК с помощью молекул РНК, что позволяет считывать информацию без повреждения самой ДНК, в отличие от некоторых существующих технологий.
Кроме того, новая система позволяет выполнять вычисления непосредственно в ДНК с использованием ферментов. Исследователи продемонстрировали это, заставив систему решать упрощенные задачи, такие как судоку и шахматы 3х3. Эти достижения открывают путь к созданию полнофункциональных ДНК-компьютеров, которые могут революционизировать подход к обработке данных.