Huawei werkt aan DNA-storage

Er komt in de industrie steeds meer interesse in het gebruikt van DNA als medium voor de opslag van digitale data. Op dit moment zijn het magnetische of halfgeleider cellen die de klok staan. Tape is als magnetische drager nog heel relevant voor lange termijn opslag. Tijdens de Huawei Analyst Summit 2019 kondigde het bedrijf via bestuurder William Xu (Director of the Board & Chief Strategy Marketing Officer) aan, de komende jaren veel energie te stoppen in het gebruik van DNA voor de lange termijn opslag van data.

DNA is alom bekend en bevat alle genetische informatie van levende wezens. Wetenschappers zijn nu op zoek naar mogelijkheden om digitale data in DNA op te slaan. William Xu gaf aan dat met deze technologie een opslagcapaciteit van 700 Tbyte per kubieke millimeter haalbaar is. Vergeleken met elk andere technologie een gigantische capaciteit. In 2017 hebben Yaniv Erlich en Dina Zielinski van de Universiteit van Colombia en het Genoom centrum van New York, een methode gepubliceerd die bekend staat als DNA Fountain. Hiermee behaalde men een opslagcapaciteit van 215 Petabyte per gram, een capaciteit die overeenkomt met 85% van de theoretische capaciteit gerelateerd aan het Shannon theorema.

Van digitale data naar DNA

DNA is opgebouwd met vier primaire componenten: Adenine, Guanine, Cytosine en Thymine (bekend als AGCT). Via deze vier componenten, vormt DNA drie nucleotides (codons). Een codon zorg voor de basis van proteïne vorming in een cel.
Digitale data bestaat uit reeksen nullen en enen, DNA bevat reeksen op basis van vier primaire componenten. Er moet dus een transformatie plaatsvinden. Wetenschapper hebben de bit combinaties 00, 01, 10 en 11 gekoppeld aan de vier primaire AGCT-componenten. Hiermee kan de bit combinatie (1001100111) vertaald worden naar een DNA-structuur (AGTCATGAC). Om niet-genetische informatie in DNA op te slaan is dus enkel een transformatie van de bitpatronen naar AGCT-patronen nodig. Dit lijkt geen al te grote opgave voor de wetenschappers. De realisatie van een werkend systeem is wel nog een uitdaging.

Archiveren

De grootste barrière voor de opslag van data in synthetische DNA, zijn de kosten en de toegangstijden. Daarmee is de technologie thans nog niet rijp om te commercialiseren en grootschalig gebruikersdata in DNA op te slaan. De aangekondigde researchinspanning zal hier een oplossing moeten brengen. Ook het converteren van digitale data naar DNA-ketens en omgekeerd, is nu nog tijdrovend en absoluut onbruikbaar in de IT-wereld waar snelheden steeds belangrijker worden. Maar ook daar wordt aan gewerkt.
Toch zijn er nu al toepassingen waarbij deze barrières een beperkte impact hebben, bijvoorbeeld het duurzaam archiveren van cryptokeys en andere privacygevoelige data. Opslag in DNA betekent dat de gegevens meer dan 100 jaar veilig gearchiveerd zijn.

Door: Hans Steeman