Китай создаёт "вечную" ДНК-ленту: как 80 млн DVD, только медленнее

Китайские ученые под руководством профессора Синьюй Цзяна (Xingyu Jiang) из Южного университета науки и технологий в Шэньчжэне представили проект уникальной ленты для хранения данных на синтетической ДНК. Вся идея — сделать носитель, который может хранить огромные объёмы информации столетиями. Причём в компактной форме, гораздо удобнее и долговечнее привычных жёстких дисков или лент.

В опубликованной ими статье в Science Advances описан принцип: на полиэстеровой ленте напечатаны "штрих-коды", благодаря которым появляется более 545 тысяч адресных разделов на каждый километр ленты. Считывающее устройство способно находить до 1570 разделов в секунду. Данные записываются в виде нитей искусственной ДНК, которые помещаются в нужный раздел и запечатываются защитным слоем из специального материала (zeolitic imidazolate framework — сложное химическое соединение, защищающее от разрушения и внешней среды).

Для чтения данных нужный раздел ленты обрабатывают раствором гидроксида натрия, а затем расшифровывают последовательность ДНК. Защитное покрытие можно снимать и наносить снова для "обновления" хранения. В прототипе реализованы функции адресации, восстановления, удаления, повторного нанесения информации — всё в одном приборе: и записал, и вычистил, и снова записал.

В демонстрационном варианте исследователи смогли уместить 156,6 КБ данных и восстановить изображение китайского фонаря. На полный цикл записи, трёх извлечений и одно "перезаписывание" ушло около 2,5 часов (150 минут). Применяя оптимизацию процессов, можно было бы сократить это время до 47 минут — всё ещё как сборка шкафа из Ikea, небыстро.

Сейчас по фактическим измерениям плотность записи составляет около 74,7 ГБ на километр ленты. В теории, этот показатель может вырасти до 362 петабайт (362 тысячи терабайт) на километр — это эквивалентно примерно 80 миллионам DVD-дисков. Для сравнения: привычная магнитная лента LTO-9 длиной как у новой ДНК-ленты может вместить только 77 ГБ вместо 18 ТБ у самой ленты LTO-9, а в теории — уже 375 петабайт. Но пока что это лишь расчеты.

Главное препятствие сегодня — скорость. Синтез ДНК по-прежнему дорогой и очень медленный процесс. Записать даже часть ленты нынешними технологиями — вопрос лет. Однако технически лента поддерживает функции многократной перезаписи: можно загрузить, считавать, заменить и стереть данные вновь и вновь — так что это уже не только вечный архив однажды записанного, но и полноценный управляемый носитель.

Эксперименты показывают: защитный слой делает ДНК-ленту устойчивой к нагреву, химическим повреждениям и старению: по оценкам матмоделей, данные продержатся около 345 лет при комнатной температуре и дольше — в холоде. Такую ленту можно использовать как промежуточное звено между "холодным" архивом (на века) и "тёплым" быстрым доступом (мгновенно).

Ограничивает всё пока что химия: пишется долго, дорого, медленно. Но китайские учёные уверены, что уже в скором будущем механический формат такой ленты сможет быть использован с новыми, более быстрыми методами синтеза ДНК — и тогда хранить данные "навсегда" перестанет быть метафорой, а станет новой нормой.