В скoрoм врeмeни всe чeлoвeчeствo нaчнeт гeнeрирoвaть цифрoвыe дaнныe в тaкиx oбъeмax, чтo oни ужe нe смoгут умeститься нa имeющиxся жeсткиx дисках, магнитных лентах и прочих носителях информации. Именно поэтому ученые постоянно занимаются поисками новых методов хранения больших объемов данных, и наипаче перспективным методом является хранение информации, закодированной в виде последовательности молекул синтетической ДНК. А исследователи из Колумбийского университета и нью-йоркского Центра Генома (New York Genome Center, NYGC) продемонстрировали, точно немного видоизмененный алгоритм, изначально предназначенный для сжатия видео для мобильных телефонов, может совсем раскрыть «информационный потенциал» молекул ДНК, позволяя сжать большее количество информации и упаковать ее в виде последовательности четырех базовых оснований ДНК.

На правах уже неоднократно упоминалось на страницах нашего сайта, молекулы ДНК являются идеальным носителем информации из-ради того, что они чрезвычайно компактны и могут сохраняться в целости и сохранности в водобег очень долгого времени. В пользу последнего утверждения говорит тот факт, отчего недавно ученым удалось восстановить полный геном, используя генетический материал найденных в одной из пещер в Испании костей далекого предка человека, что жил около 430 тысяч лет назад.

Для кодирования в виде последовательности молекулы ДНК ученые отобрали сколько-нибудь файлов различного типа, полный код компьютерной операционной системы, короткометражный галльский фильм 1895 года, изображение подарочной карты Amazon, снимок послания человечества, отправленного бери борту космического аппарата Pioneer и текст одной из научных работ Клода Шеннона (Claude Shannon).

Все сии файлы были упакованы в один большой файл, который был разрезан нате множество коротких файлов. При помощи специализированного алгоритма эти короткие участки были перемешаны случайным образом, к ним была добавлена информация чтобы обратного преобразования и, в конце концов, набор двоичных данных был сжат и преобразован в шифр, соответствующий последовательности всех четырех оснований ДНК.

В результате этого получился внушительный список из 72 000 нитей ДНК, каждая из которых состояла из 200 марево оснований. Эти данные были отправлены компании Twist Bioscience, специалисты которой и выполнили соединение искусственной ДНК, вернувшейся к исследованиям внутри пробирки спустя две недели. Во (избежание восстановления исходной информации ученые использовали обычную технологию считывания последовательности, секвенирования. Восстановленные файлы малограмотный содержали ни единой ошибки, а восстановленную операционную систему удалось установить нате компьютер без малейших проблем.

Более того, при помощи некоторых известных методов ученые скопировали исходную ДНК и сняли копии со сделанных копий. И инда в последнем случае информация, зашифрованная в ДНК, была восстановлена без ошибок.

И напоследках, ученые продемонстрировали, что примененный ими метод сжатия позволяет упаковать 215 петабайт данных в молекулы ДНК, суммарный вес которых составляет 1 грамм. Сие почти в 100 раз больше, чем это позволяют сделать другие методы, разработанные другими исследовательскими группами. «Да мы с тобой полагаем, что нам удалось создать устройство хранения данных, имеющее самое высокое важность показателя плотности хранения информации» — пишут исследователи.

По поводу плотности, максимальная информационная вместимость одного основания ДНК составляет два двоичных разряда. Однако, потребность включения в ДНК добавочной информации, необходимой с целью восстановления информации, понижает информационную емкость одного основания до 1.6 разряда. А в любом случае, это на 60 процентов больше, чем было достигнуто при помощи других методов, и куда близко к теоретическому верхнему пределу в 1.8 бита на основание.

Непреодолимым препятствием к практическому применению ДНК в качестве носителя информации является высокая стоимость всего сего. Исследователи потратили около 7 тысяч долларов на синтез ДНК и еще 2 тысячи нате то, чтобы считать записанную информацию. Следует отметить, что стоимость процесса считывания последовательности ДНК по (по грибы) последние годы снизилась в несколько раз, чего не скажешь о процессах синтеза искусственной ДНК. Тем отнюдь не менее, тенденция снижения стоимости по мере появления новых технологий полноте оставаться неизменной и есть надежда на то, что технологии хранения информации ДНК станут доступные мало-: неграмотный только «избранным», но и более широкому ряду людей, нуждающихся в этом.

Группa учeныx-физикoв из Швeйцaрскoгo фeдeрaльнoгo тexнoлoгичeскoгo институтa (Swiss Federal Institute of Technology, ETH) рaзрaбoтaлa мeтoд, пoзвoляющий испoльзoвaть искусствeнную нейронную теплоснабжение для моделирования некоторых из характерных свойств квантовой системы, состоящей из нескольких объектов, и определения волновой функции этой системы. И в (видах того, чтобы получить возможность сделать все вышеупомянутое, ученым пришлось порешать ряд сложных проблем, с которыми сталкивались и другие ученые, работающие в данном направлении.

Одной из самых тяжелых проблем, которые стоят вперед физиками на сегодняшний день, является поиск способа моделирования сложных квантовых систем, состоящих из множества взаимосвязанных и взаимодействующих объектов. Методы традиционного моделирования неважный (=маловажный) очень подходят для решения данной проблемы из-за того, ровно с увеличением сложности системы количество ее состояний увеличивается по экспоненте. К примеру, способ, состоящая из всего 100 квантовых частиц, может находиться в одном из 10^35 вариантов состояний. И инда самые мощные суперкомпьютеры пасуют перед задачами такой сложности.

Достижением швейцарских ученых является в таком случае, что они нашли новый подход. Вместо того, чтобы поочередно вычислять каждое из возможных состояний квантовой системы, они использовали нейронную тенёта для того, чтобы обобщить модель квантовой системы.

На поиск данного решения моделирования квантовой системы ученых подвигла первое место в прошлом году системы искусственного интеллекта AlphaGo над Ли Седолем, чемпионом решетка по древней китайской игре Го. Ученые создали немного упрощенный вариант нейронной засада и запрограммировали ее для моделирования волновых функций квантовой системы. Созданная натура использовала обширный набор числовых коэффициентов и один слой «скрытых» состояний. Основываясь получай этих данных, ученые обучили систему вычислять стандартное состояние системы при данном наборе условий, определяемыми значениями коэффициентов.

Чтобы проверки работоспособности разработанного метода ученые сравнили результаты его работы с результатами, еще полученными ранее при помощи других методов. И в результате получилось то, а система с искусственной нейронной сетью справляется с задачей моделирования квантовой системы стократ быстрей и лучше, нежели другие вычислительные алгоритмы, полагающиеся на метод грубой силы, т.е., банального перебора всех вариантов.

К сожалению, разработанная швейцарцами порядок является лишь доказательством работоспособности идеи использования искусственных нейронных сетей в квантовом моделировании. Так через некоторое время системы, построенные на таких же самых принципах, могут стать адски полезными инструментами для ученых-физиков, которые позволят им проводить исследования побольше быстро и эффективно, нежели они могут это делать сейчас.

Грaфeн извeстeн всeм в бoльшeй чaсти кaк пeрвый двуxмeрный мaтeриaл, пoлучeнный учeными. Во всяком случае, его тончайшая плоская двухмерная структура как раз и является препятствием к использованию целого ряда удивительных свойств графена, высочайшей механической прочности, легкости и отличной проводимости точно по отношению к электричеству и теплу. Не так давно ученые из Массачусетского технологического института разработали неофит «трехмерный» материал на основе графена, который в 10 раз более прочен, чем сталь, а теперь ученые из университета Райс, продолжив предыдущую работу, создали документация на основе графена, укрепленного углеродными нанотрубками. Получившаяся «пена» может бытовать отформована прессованием и она выдерживает без изменений своей структуры воздействие веса, в 3 тысячи редко превышающего ее собственный вес.

Основой прочности нового материала являются углеродные нанотрубки с несколькими концентрическими оболочками, своего рода нанотрубками внутри других нанотрубок. С целью того, чтобы совместить гарфен с нанотрубками ученые использовали порошок нанотрубок, размешенный с никелевым катализатором и сахаром, который являлся источником дополнительного углерода. Полученная комбикорм была помещена под высокое давление путем ее сжимания при помощи винта, и отправлена в ошев, где поддерживалась заданная высокая температура. Сахар в смеси распался на углерод и оставшиеся составные части, а углерод под воздействием катализатора обратился в графен. Полученная отливка была очищена от никеля и других примесей химическим путем, что оставило в руках ученых структуру из пенообразного материала, состоящего из чистого углерода.

Когда-когда образцы полученного материала были помещены под электронный микроскоп, ученые увидели, по какой причине внешние слои нанотрубок распустились, словно с одной из их сторон «расстегнули змейку», и объединились с графеном, какой-никакой получился в результате процесса осаждения углерода из парообразной фазы. В результате высокого сцепления среди элементами этого материала он, материал, выдерживает без изменений структуры вес, в 3 тысячи изредка превышающий его собственный вес. А при воздействии на него веса в 8500 однажды превышающего его вес, структура материала деформируется на 25 процентов через начального размера. И, после снятия нагрузки, материал полностью восстанавливает свою изначальную форму. Интересах сравнения, «пена», состоящая из графена, не укрепленного углеродными нанотрубками, может выдержать сверхусилие, всего в 150 раз превышающее ее собственный вес.

Как уже упоминалось выше, свежий пенообразный углеродный материал может быть отформован любым способом. И для демонстрации сего ученые изготовили из нового материала образцы электродов для литий-ионных аккумуляторных батарей и суперконденсаторов, которые обладают высокой механической прочностью, химической стабильностью и большим значением эффективной площади поверхности.