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我是科学家|为了让你的硬盘资源能完好地传给曾曾曾孙，科学家想到了这些办法


北京联盟_本文原题：为了让你的硬盘资源能完好地传给曾曾曾孙 ， 科学家想到了这些办法
【我是科学家|为了让你的硬盘资源能完好地传给曾曾曾孙，科学家想到了这些办法】撰文 | Mirror
来源 | 把科学带回家（ID：steamforkids）
在今天这个信息爆炸的时代 ， 我们每天都在制造庞大的数据量 （2.5×10^16字节） ， 绝大多数信息都被遗忘在了洪流之中 ， 转瞬即逝 ， 但也有不少信息 ， 我们希望能一直保存下去 ， 留给一代又一代后人 。
这个世界上有各种各样的信息载体 ， 从远古的壁画、传统的纸张书籍 ， 到近代发明的磁带、胶卷 ， 再到现代的光盘、硬盘、U盘 。 信息储存的载体变得越来越轻巧 ， 容量还越来越大 ， 而且能储存的数据也更多样化 。 但我们真的能放心地把资料都交给它们吗？在回答这个问题之前 ， 我们先让了解一下这些存储设备是如何记录信息的 。
把图书馆装进火柴盒
现在的我们能把以前需要一个图书馆才能记录下的信息 ， 全部装进一个不到巴掌大的硬盘中 。
这一切首先要归功于 二进制的信息编码方式 ， 无论是文字、图像还是声音 ， 都可以用0和1来编码 ， 虽然只有两种数字 ， 但只要不限制位数就能有无限种组合方式 ， 重要的是 ， 这样简单的语言能让“肚子里没墨水”的机器轻松读懂 。 接下来就要考虑用什么来代表0和1 。
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磁化信息原理示意图 | TED-Ed
磁带和机械硬盘就是利用无数个微小的“磁铁”来编码信息的 。磁化和去磁化的过程是可逆的 ， 因此这类磁存储载体既可以反复读写 。
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机械硬盘（左）与固态硬盘内部结构（右）
读取更快的 固态硬盘则与 机械硬盘不同 ， 是通过载体的每个单元是否存在电子来定义0和1的 。 U盘等存取快速的闪存设备也是基于此原理 。还有大家熟悉的光盘 ， 顾名思义 ， 是利用载体的光学特性来记录信息的—— 反射光的区域定义为1 ， 不反射则定义为0 。
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CD（左）和DVD（右）的微观结构 ， 后者的信息密度更大 | 大英百科全书
光盘亮闪闪的那面涂的是一层反光材料 ， 刻录信息时 ， 激光会烧掉部分单元格上的反光材料 ， 露出底下的吸光材料 ， 这些不反射光的区域就是“0”所在的位置 。 烧掉的部分一般是不可逆的 ， 这就是为什么许多光盘只能一次性记录信息 ， 而无法重复读写 （也有可重复擦写的光盘 ， 如CD-RW） 。
还能更小？
了解了上述信息存储原理 ， 你就会发现缩小这些信息载体大小的关键在于 如何缩小编码0或1 ， 即1字节的基本单元 。
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1951年的磁带机（左）和如今的SD卡（右）| TEDx
如今你拿在手中轻小的磁带 ， 在1951年还是台比洗衣机还笨重的 磁带机 ， 其中的金属磁带每厘米只能储存50字节信息 ， 1吨重的机身仅编码了一首MP3歌曲 。 相比之下 ， 现在一个指甲盖大小的SD卡都能储存上百GB的信息 ， 完全可以当一个移动小影院 。
但科学家并不会止步于此 ， 实验室中的信息存储单元大小几乎已经逼近极限—— 单原子水平 。
2016年 ， 荷兰科学家以 单个氯原子为基本单元来编码数据 （有氯原子的位置是“1” ， 没有是“0”） ， 成功储存了1KB数据 。 利用这项技术 ， 理论上 ，可在一枚邮票大小的面积上储存60TB数据 。


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