随着數字數據産量的爆炸式增長，人類正面臨着巨大的數據存儲和管理挑戰。傳統的數字存儲介質逐漸接近密度極限，而高效、可靠的數據存儲技術迫在眉睫。在這樣的背景下，DNA 作爲一種高密度、長期穩定的存儲介質，備受科學界的關注。
然而，将 DNA 用于數字存儲也面臨着一系列的挑戰，其中最重要的之一是如何有效地糾正由于 DNA 序列特殊性質帶來的各種錯誤。爲解決這一難題，中國農業科學院深圳農業基因組研究所農業基因組學技術研發與應用創新團隊提出了一種全新的錯誤校正系統—— Derrick，它通過軟判決策略實現了對傳統硬判決策略的突破，爲 DNA 數字存儲的未來發展指明了方向。該相關研究成果發表在《國家科學評論》上。
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DNA 數字存儲以其驚人的信息密度和長期的信息保存能力而備受關注。DNA 分子内部的堿基序列可以編碼大量的信息，其信息密度遠遠高于傳統的硬盤或固态存儲器。此外，DNA 分子可以在适當的條件下長期穩定保存，甚至可以保存幾百年。然而，DNA 數字存儲也面臨着許多挑戰，包括高昂的合成和測序成本、糾錯能力的限制以及數據的快速讀取和寫入等方面的技術挑戰。在這些挑戰中，如何高效地校正 DNA 序列中的各種錯誤是一個尤爲重要的問題，這直接關系到數據的完整性和可靠性。
Derrick 的問世填補了現有 DNA 數字存儲系統中錯誤校正方面的空白，爲該領域的發展帶來了革命性的變革。傳統的硬判決策略在面對 DNA 序列中的插入、缺失和替換錯誤時往往無能爲力，而Derrick 的軟判決策略通過精确的錯誤預測和适當的校正策略，成功提高了糾錯能力，大大增強了 DNA 數字存儲系統的可靠性和穩定性。
Derrick 的工作原理源于其獨特的軟判決策略。通過建立精确的錯誤預測模型，Derrick 能夠在 DNA 序列中準确地識别并校正各種類型的錯誤，包括插入、缺失和替換等。軟判決策略使得 Derrick 能夠對傳統硬判決策略無法處理的錯誤情況做出更爲精準的判斷和處理，從而有效提高了整個系統的糾錯能力和穩定性。此外，Derrick 還采用了 CRC64 碼檢查機制來驗證整個數據矩陣的正确性，并通過回溯算法進一步糾正可能存在的錯誤，保證了數據的完整性和可靠性。
Derrick 在實驗驗證方面取得了令人矚目的成果。通過在不同類型的測序技術上的實時和虛拟實驗，Derrick 成功證明了其在糾錯能力和解碼失敗率上的卓越表現。這一突破性的創新爲 DNA 數字存儲系統的未來發展指明了方向，爲大規模數據的安全存儲和高效管理提供了可靠的技術支持。随着技術的不斷發展和完善，Derrick 有望成爲未來 DNA 數字存儲系統的核心技術之一，爲人類建立更安全、更高效的數據存儲和管理系統提供新的解決方案。
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DNA 數字存儲技術作爲一種新興的存儲方式，擁有巨大的潛力和廣闊的發展空間。Derrick 作爲一項創新的錯誤校正系統，爲解決 DNA 數字存儲中的核心難題提供了一種全新的思路和方法。相信随着更多科學家的不懈努力和持續探索，基于 DNA 的數字存儲技術将會逐步成熟并廣泛應用于實際生産和生活中。
策劃制作
作者丨 Sam 科普作者
審核丨陶甯 中科院生物物理研究所 副研究員
責編丨鍾豔平 祁媛（實習生）
