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科技未来时丨把数据刻进DNA!海量信息存储打开新思路

2025年06月09日48941

  新华社北京6月9日电 《经济参考报》6月9日刊发记者吴蔚、张漫子采写的文章《科技未来时丨把数据刻进DNA!海量信息存储打开新思路》。文章称,近日,天津大学应用数学中心吴华明教授团队研发了一种全新的DNA存储系统——HELIX,并成功实现了60MB的医学影像(时空组学)图片信息的存储与恢复。这是我国科研人员在DNA存储领域取得的又一次新突破。此前,北京大学张成和钱珑DNA存储团队首次提出了一种基于并行写入策略的DNA存储方法,利用分子活字印刷的方式,将大熊猫彩色照片存入表观分子修饰中,实现了27.5万比特的非传统DNA存储。

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图片来源于网络,如有侵权,请联系删除

  什么是DNA存储?DNA存储有哪些优势?业内专家告诉记者,DNA存储是一种利用人工合成的脱氧核糖核酸(DNA)作为信息载体的新型存储技术,具有密度大、耗能低、无磨损和寿命长等潜在优势。

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  “理论上,仅1克DNA就能存储约1000万小时的高清视频数据,也许1公斤DNA便能装下全世界的数据。”北京大学计算机学院副研究员张成说,“DNA分子的双螺旋结构和自组装特性,使其在甚小空间内也可以紧凑排列,承载极高密度的信息。”此外,DNA的四种碱基(腺嘌呤A、胞嘧啶C、鸟嘌呤G和胸腺嘧啶T)的排列组合变化无穷,也就意味着它们可以编码几乎无限量的信息,使得DNA理论上具备比任何现有存储设备更高的存储容量。

  DNA可以保存多久?最新答案是200万年。近年科学家曾从格陵兰岛冻土中成功提取200万年前的DNA序列,其中信息仍历历可辨。DNA存储不仅存得久,而且存得牢,若能有效避免水分与紫外线的影响,DNA可以在数十万年内保持稳定不变。更重要的是,DNA存储额外耗能极低,理想保存环境与日常环境相差不大。要想在能源有限条件下实现数据的长期保存,DNA存储堪称首选。

  如何把数据存入DNA?张成介绍,传统的DNA存储方法首先是将数据进行编码,也就是将二进制数据按照设定好的编码规则转化为DNA序列;接下来,通过合成DNA分子实现存储的信息写入,即按照编码的顺序逐个加入碱基,以串行的方式合成DNA链;第三步就是存储与读取。

  为什么需要研发DNA存储技术?国家数据局发布的《全国数据资源调查报告(2024年)》显示,2024年全国数据生产总量达41.06泽字节(ZB),同比增长25%。面对数据量的爆炸式增长,传统存储方式面临容量有限、维护成本高、设备寿命短等诸多挑战,寻找新一代存储介质迫在眉睫。2022年,我国“十四五”规划将DNA存储列为与新一代移动通信技术、量子信息、第三代半导体等并列的新兴技术。当前,作为未来产业的前沿方向之一,DNA存储已形成以核心城市为引领、产学研联动的多区域发展格局,北京、上海、天津、深圳等多地均有所布局。以北京市为例,今年北京将在未来信息、未来健康等六大领域持续发力,推动未来产业发展全面提速,其中包括DNA存储等前沿方向。

  何时能用上DNA存储?业内专家告诉记者,DNA存储的产业化落地道阻且长。“当前,DNA存储还面临存得贵、读得慢等痛点。”张成表示,一是成本高昂,目前合成2MB的DNA数据需要约7000美元,读取数据需要约2000美元,如果以DNA形式存储1GB大小的电影,大约需要花费358万美元;二是读写速度太慢,以目前的技术,在合成DNA时每添加一个碱基都需要多个操作环节,尚无法满足日常简单的实时数据存储需求;三是读取环节准确率不高,例如写入过程可能出现不正确的修饰等错误,读取时也可能因测序误差导致还原数据不准确等状况。

  正因如此,科研人员正在加快底层核心技术突破,研发新型DNA存储技术,以期推动DNA存储产业化。例如,2024年北大DNA存储团队提出的并行写入策略DNA存储方法,并不依赖于传统的“从头合成”写入路线原理,而是利用甲基修饰比特编码信息,将信息并行地打印在DNA分子之上。相关技术不仅为实现快速、低成本的大规模分子数据存储奠定了基础,还为未来DNA存储的发展提供了全新思路。

  “DNA存储要实现商业化应用,还需在底层技术层面进一步取得突破,从而在降低成本、提高速度、提升准确率等多个方面取得跨越进展。”张成表示。

【责任编辑:陈听雨】

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