Teoretyczno-informacyjne podstawy przechowywania danych DNA

Oryginalny tytuł:

Information-Theoretic Foundations of DNA Data Storage

Zawartość książki:

Ze względu na swoją długowieczność i ogromną gęstość informacji, DNA jest atrakcyjnym nośnikiem do przechowywania danych archiwalnych. Naturalne DNA sprzed ponad 700.

Około 5 gramów DNA może w zasadzie pomieścić zetabajt informacji cyfrowych, czyli o rzędy wielkości więcej niż w przypadku konwencjonalnych nośników danych. Dzięki szybkiemu postępowi technologicznemu, przechowywanie DNA staje się praktycznie wykonalne, o czym świadczy szereg eksperymentalnych systemów pamięci masowej, co czyni je obiecującym rozwiązaniem dla rosnącego zapotrzebowania naszego społeczeństwa na przechowywanie danych. Niemniej jednak, wszystkie systemy cierpią z powodu losowego szumu, co sprawia, że zadanie niezawodnego przechowywania i wyszukiwania informacji w DNA jest trudne.

Rodzi to naturalne pytanie z zakresu teorii informacji: ile informacji można niezawodnie przechowywać i rekonstruować z milionów krótkich, zaszumionych sekwencji? W tej książce autorzy zajmują się tym pytaniem, omawiając podstawowe ograniczenia przechowywania informacji w DNA. Motywowani obecnymi ograniczeniami technologicznymi w zakresie syntezy i sekwencjonowania DNA, proponują probabilistyczny model kanału, który oddaje trzy kluczowe charakterystyczne aspekty systemów przechowywania DNA: (1) dane są zapisywane na wielu krótkich cząsteczkach DNA, które są przechowywane w nieuporządkowany sposób; (2) cząsteczki są uszkodzone przez szum i (3) dane są odczytywane przez losowe próbkowanie z puli DNA.

Budując podstawy informacyjno-teoretyczne do analizy tych kanałów, rozwijając narzędzia do osiągalności i odwrotnych argumentów, autorzy wprowadzają czytelnika w fascynującą i obiecującą dziedzinę przechowywania DNA. Książka ta stanowi zwięzły i dogłębny punkt wyjścia dla studentów, badaczy i praktyków obejmujący historię rozwoju przechowywania DNA, omawia różne dostępne do tej pory systemy i koncentruje się na wyzwaniach stawianych w obecnym stanie badań w tej dziedzinie.