Бактерия имеет самый большой объем информации

Возможность хранения данных с помощью ДНК давно будоражит умы многих ученых. Недавно исследователи Китайского университета Гонконга обнародовали результаты своей работы в рамках проекта Bioencryption. Они утверждают, что с помощью их способа хранения и считывания данных в одном грамме бактерий можно уместить до 900 Тбайт информации.

Технология была создана в рамках международного конкурса iGEM-2010 (International Genetically Engineered Machine) и позволяет кодировать информацию с помощью смешивания ДНК (DNA shuffling), а проверку точности чтения осуществлять с помощью контрольных сумм.

Перед записью данных в молекулы информация должна быть преобразована из двоичной системы, применяемой на ПК, в четверичную: по количеству видов азотистых оснований нуклеотидов - аденин (A), тимин (T), цитозин (C), гуанин (G).

Таким образом, к примеру, последовательность "iGEM", если представить дело довольно условно, вначале должна быть переведена в двоичную кодовую таблицу ASCII (i = 105; G = 71; E = 69; M = 77), затем в четверичную систему (105 → TCCT; 71 → ATTG; 69 → ATTT; 71 → ATGT), чтобы в итоге превратиться в цепь нуклеотидов внутри ДНК.

iGEM → 1221 0113 0111 0131 → TCCT ATTG ATTT ATGT

Перед записью данных исследователи предлагают использовать алгоритм сжатия DEFLATE, позволяющий уменьшать длину гомополимера и число повторяющихся участков. В каждой "синтетической" клетке можно хранить не более 1 Кбайт данных, а потому более объемные информационные блоки нужно разбивать на минимально адресуемые единицы, каждая из которых имеет собственный заголовок (включает порядок размещения данных) и хвост (включает контрольную сумму последовательности), и размещается в 4-уровневой иерархической структуре.

Ученые предлагают для хранения использовать бактерии E.coli DH5 α с внедренными в них синтезированными ДНК. 1 грамм таких бактерий может вместить столько же данных, сколько и 450 двухтерабайтных жестких дисков. Пока, впрочем, технология не представляет практического интереса, потому что синтез ДНК чрезвычайно дорог.

В своей презентации исследователи отмечают, что в будущем подобную систему можно использовать для хранения любой информации: от текста и фотографий до аудио- и видеофайлов.

Немецкие физики создали "суперфотон"

Группа физиков из Университета города Бонн разработали "совершенно новый" источник света, так называемый "конденсат Бозе-Эйнштейна", состоящий из фотонов. До недавнего времени ученые полагали, что получение данного источника на практике невозможно.

По словам исследователей, новый метод может найти применение в создании новых источников света, наподобие лазеров, работающих в рентгеновском спектре. Еще одним применением разработки может стать создание сверхмощных компьютерных чипов.

Охладив атомы рубидия и сконцентрировав их достаточное количество в небольшом пространстве, индивидуальные атомы вещества становятся неотличимы друг от друга. По словам ученых, вещество в данном случае ведет себя как единая огромная "супер-частица". Физики называют это явление "конденсат Бозе-Эйнштейна".

Для частиц света или фотонов эта технология также работает, но не всегда. К сожалению, в случае со светом эта идея сталкивается с фундаментальной проблемой - когда фотоны попадают в сверхохлажденную среду, они исчезают. Однако немецким специалистам удалось преодолеть данную проблему: они смогли охладить фотоны, сконцентрировав их в одном и том же месте.

Здесь, вероятно, следует пояснить, что такое "температура света". Этот термин хорошо знаком профессиональным фотографам, а также физикам. К примеру, когда вольфрамовая нить лампы нагревается, она начинает светиться - вначале красным, затем желтым, и, наконец, бело-голубым. Здесь голубой цвет теплее красного. Однако вольфрам светится иначе, чем железо. Именно поэтому физики применяют систему калибровки температуры на основе теоретической модели, называемой модель черных тел.

Если тело нагревается до 5500 градусов Цельсия, то оно начинает излучать свет, сравнимый солнечным светом в полдень. Другими словами: полуденный свет имеет температуру в 5500 градусов или около 5800 градусов по Кельвину. Однако, когда идеально черное тело остывает, оно начинает излучать свет, который более не виден в оптическом свете, вместо этого оно испускает инфракрасные фотоны. Одновременно с этим, падает и интенсивность излучения - число фотонов при снижении температуры сокращается. Именно этот фактор делает трудным получение большого количества охлажденных фотонов, необходимых для конденсации Бозе-Эйнштейна.

И все же, ученым из Бонна удалось с помощью двух зеркал с высокой отражающей способностью запустить луч света, который "прыгал" вперед и назад. Между зеркалами был специальный пигмент, растворенный в пространстве - с ним периодически происходили столкновения молекул. В столкновениях молекулы пигмента иногда поглощали фотоны, а затем снова их отталкивали.

"В ходе этого столкновения фотонам передавалась температура окружающей среды. Фактически, они охлаждались до комнатной температуры", - говорит профессор Мартин Вейтц.

Исследователи из Бонна смогли также увеличить количество фотонов между двумя зеркалами при помощи лазера. Это позволило им сконцентрировать охлажденные фотоны так плотно, что они стали вести себя, как "суперфотон".

Фотонный конденсат Бозе-Эйнштейна, по словам ученых, представляет собой совершенно новый источник света, имеющий характеристики, подобные лазеру, но по факту лазером не являющийся. "Сейчас мы не в состоянии производить лазеры, генерирующие очень коротковолновой свет, например в рентгеновском спектре. А вот с новым источником света это возможно", - говорит Вейтц.

По его словам, данная возможность прежде всего должна заинтересовать производителей процессоров. Они используют лазеры для работы логических цепей в полупроводниках. Точность позиционирования здесь зависит от длины волны лазера - у коротковолновых излучателей должен быть существенно более высокий коэффициент точности.