NC: следующее поколение устройств хранения данных может находиться внутри ДНК

В условиях стремительного развития цифровых технологий и экспоненциального роста объемов информации научное сообщество активно исследует новые методы ее хранения. Одним из наиболее перспективных направлений является интеграция дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК) в качестве универсального носителя данных, обладающего уникальными физико-химическими свойствами.

Исследователи из Университета Аризоны представили новаторскую методику, позволяющую использовать ДНК не только для хранения, но и для шифрования информации. Результаты их работы были опубликованы в авторитетном научном журнале Nature Communications, что свидетельствует о высоком уровне валидации и значимости полученных результатов.

Современные информационные системы, основанные на кремниевых чипах, обеспечивают высокую скорость записи и считывания данных, однако они характеризуются значительной энергоемкостью и ограниченными ресурсами. Долгосрочное сохранение информации при этом остается актуальной задачей, требующей инновационных решений.

ДНК обладает рядом ключевых характеристик, делающих ее перспективным кандидатом для разработки новых систем хранения данных. К ним относятся высокая плотность хранения информации, исключительная стабильность молекул при экстремальных условиях и способность сохранять данные на протяжении тысячелетий. Эти свойства обусловлены уникальной молекулярной структурой ДНК, что позволяет рассматривать ее как альтернативу традиционным носителям информации.

Профессор Хао Ян, ведущий специалист в области молекулярных вычислений из Университета Аризоны, подчеркивает: «Мы демонстрируем, что ДНК может стать основой для создания высокоэффективных систем хранения и защиты данных, открывая новые горизонты в этой междисциплинарной области».

Ученые разработали технологию создания сложных трехмерных структур на основе ДНК, напоминающих оригами, каждая из которых кодирует определенный фрагмент информации. Для считывания данных применяются миниатюрные сенсоры, преобразующие молекулярные сигналы в электрические, что значительно повышает скорость и экономичность процесса по сравнению с традиционным секвенированием ДНК. При этом технология позволяет считывать данные без модификации генетического материала, что исключает риск нежелательных мутаций.

Параллельно ведутся исследования по интеграции методов шифрования в процесс хранения данных на основе ДНК. Сложные наноархитектуры на основе ДНК позволяют создавать защищенные каналы передачи информации, доступ к которым возможен только с использованием специализированных алгоритмов и инструментов. Это обеспечивает высокий уровень конфиденциальности и безопасности данных.

Технология DNA-PAINT (DNA Points Accruing In Time) позволяет осуществлять визуализацию отдельных точек связывания ДНК с субнанометровым разрешением, что существенно повышает точность и скорость считывания данных. Исследователи достигли уровня точности до 90% даже для сложных трехмерных структур ДНК и разработали алгоритмы коррекции ошибок, обеспечивающие высокую надежность хранения информации.

Трехмерные структуры ДНК представляют собой дополнительный уровень защиты информации, так как их расшифровка значительно сложнее по сравнению с двухмерными структурами. Это делает их идеальными для создания защищенных систем хранения данных.

Интеграция ДНК в системы хранения данных сочетает в себе возможности как быстрого доступа к информации, так и обеспечения ее конфиденциальности. Таким образом, разрабатываемые технологии представляют собой гармоничное сочетание функциональности и безопасности.

Потенциальные области применения ДНК-носителей данных включают научные исследования, архивирование исторических данных и медицину. Кроме того, ДНК обладает высокой устойчивостью к радиации, экстремальным температурам и химическим воздействиям, что делает ее незаменимой в условиях суровых сред.

Данное междисциплинарное исследование, объединяющее достижения биологии, материаловедения, электроники и машинного обучения, открывает новые перспективы в области молекулярного хранения информации и защиты данных. Внедрение этих технологий обещает революционизировать подходы к хранению и обработке больших объемов данных, обеспечивая их долговечность, безопасность и эффективность.