将数据存储在分子中

我的第一个电脑硬盘存储了10兆字节的数据，只有鞋盒那么大;如今，我们的系统通常配备的磁盘容量是那个容量的一百万倍，但尺寸只是其中的一小部分。即便如此，按照我们的发展速度，我们很快就会每天产生如此多的数据，以至于我们需要存储这些数据的物理空间——以及为这些数据提供动力所需的电力——将成为一个巨大的问题。现在，我们把想要存储的数据转换成一系列0和1，有点像计算机莫尔斯电码，这个序列被写入硬盘。为了存储更多的0和1，你需要更大或更多的磁盘。但美国布朗大学(Brown University)的布伦达•鲁宾斯坦(Brenda Rubenstein)提出了一种更好的方法:利用分子。在这个系统中，液滴中某一特定类型分子的存在等于1;这个分子的缺失意味着零。因为她可以在同一个液滴中混合许多不同类型的分子，她可以在一小部分空间中存储更多的信息。为了读取这些信息，她将液滴送入一台名为质谱仪的分析仪，该分析仪可以检测分子是否存在。 She’s using it at the moment to store small images. Ankita Anirban heard how it works...

布伦达:通常，当我们考虑可以是图像，也可以是文本的数据时，我们通常会将这些数据存储在一系列0和1中。当我们想把它们存储在不同的媒体中时，基本上我们需要两种状态来表示0和1。我们正在考虑如何将这些状态，这些0和1存储在我们能想到的尽可能小的体积里。我们所做的就是在分子存在和不存在的情况下储存信息。如果我们有溶液，我们可以在溶液中加入一个特定的可识别的分子也可以不加入。通过选择我们输入或输出的分子，我们可以编码一串比特。

安基塔-你的分子有多大?

布伦达:我们的分子大约是几埃乘几纳米，所以我们说的是纳米平方左右的面积。然而，我们可以使用所有不同类型的分子，所以这些规格是针对我们正在考虑的一些最小的分子。

Ankita -那么就大小而言，它与你的普通硬盘相比如何?

Brenda:我喜欢做的比较是我之前做过的一个“信封背后”的计算。例如，如果我们能够在一杯水的每个分子中存储字节，那一杯水可以存储大约10的28次方位。现在，如果我们将其按比例放大到硬盘驱动器上，那么同样数量的信息将需要大约200个帝国大厦大小的硬盘来存储。

Ankita -那么你是如何把这些非常小的分子混合起来的呢?

布兰达-所以这是让我超级兴奋的部分。我们已经达到了工程师可以创造非常自动化，非常快速的液体处理机器人的地步，所以我们的机器人可以非常快速地混合我们需要的所有分子来制造我们的信息。

Ankita -一旦你混合了溶液，你就得到了液体形式的图像，你如何从液体中得到图像呢?

布兰达-是的。所以我们在这里使用了一些优秀的现代技术，这些技术在过去的几十年里一直在发展，那就是质谱分析。质谱法的整个思想就是这个非常好的机器可以读出溶液中所有分子的个体质量。我们知道我们用哪些分子来存储信息。我们将溶液通过质谱仪，然后我们看看与这些分子相匹配的质量是否出现在我们所取的光谱中，这样我们就可以准确地读出溶液中最初的成分。

安基塔-要花多长时间?

布伦达:我们已经存储了几十比特的图像，一直到数十万比特，为了制作这些图像，液体处理的顺序需要几十分钟到几个小时。其中一些限制是混合这么多分子所需的速度，另一个限制是我们用质谱法能分辨多少?随着这些技术的发展，我们不仅可以混合更多的分子，还可以准确地读出更多的分子。

Ankita -听起来你的实验室里有一个非常复杂的装置，你认为它实际上是人们日常使用的东西吗，就像我们使用u盘一样?

布伦达:是的。最终，我预见到了这一点。很明显，这项技术还很年轻我们这样做的目的是为了做基础科学来弄清楚我们需要什么，工程障碍是什么等等。因此，一旦我们像现在这样解决了这些问题，实际上并不是很难做到，我当然看到这些东西在未来会小型化。确切的方向是什么，我们将随着科学的进展而看到……