信息的存儲(chǔ)，人類(lèi)科技追求的圣杯之一（除了 AGI 之外）。

從石板刻字到結(jié)繩記事，從打孔卡片到磁帶硬盤(pán)，人類(lèi)已經(jīng)嘗試過(guò)一切的存儲(chǔ)介質(zhì)，有成功，也有失敗。

但現(xiàn)在，北京理工大學(xué)的學(xué)者又為這場(chǎng)競(jìng)賽增添了一個(gè)新選手——一個(gè)隱藏在我們眼皮底下數(shù)千年的存儲(chǔ)介質(zhì)。

冰。可以裝進(jìn)冰箱、放進(jìn)飲料里的冰。就這么簡(jiǎn)單。

當(dāng)然不是說(shuō)在冰上刻字……而是一種更加精妙的方法：通過(guò)操控結(jié)冰時(shí)困住的微小氣泡，來(lái)編碼信息。

這技術(shù)聽(tīng)起來(lái)有點(diǎn)冷 (pun intended)，但仔細(xì)一想：離線(xiàn)，冰涼，難以被入侵——這不正是字面意義上的「冷存儲(chǔ)」嗎？

大自然的硬盤(pán)，冰冷且古老

地球在變暖，有人居然想用冰當(dāng)硬盤(pán)，腦洞真夠大的。其實(shí)背后的原理卻出人意料的優(yōu)雅，早已被億萬(wàn)年的輪回證明有效：

地球表面大約 10% 的面積被冰覆蓋。大氣循環(huán)進(jìn)入水體，而水結(jié)冰時(shí)又困住了大氣，以「受陷氣泡」形式存在。世界各地的古老冰芯，就這樣封存遠(yuǎn)古大氣的秘密，成為天然的時(shí)間膠囊。它們是科學(xué)家的寶庫(kù)，還原億萬(wàn)年前的地球模樣，為有關(guān)環(huán)境和進(jìn)化的未解謎題提供新知。

換言之，如果地球是一臺(tái)計(jì)算機(jī)，那么冰就是它的「硬盤(pán)」。無(wú)法逃逸的氣泡，就是數(shù)不盡的數(shù)據(jù)點(diǎn)。

知道了這些東西，下次再去酒吧的時(shí)候，你可能會(huì)有不一樣的感受：調(diào)酒師追求完美的透明冰塊，竟然在和大自然的法則對(duì)抗……

如何更精確控制冰里的受陷氣泡，同樣困擾著北理工大學(xué)教授、熱力學(xué)專(zhuān)家宋孟杰。他告訴我，2018 年在東京大學(xué)擔(dān)任特別研究員時(shí)，在微米級(jí)的受陷氣泡上做了不少研究，摸索出了氣泡的大致控制思路。

這些發(fā)現(xiàn)如種子般植根在他的腦海里，萌發(fā)出新的靈感：

既然大自然可以用冰做「硬盤(pán)」，我們?yōu)槭裁床荒埽?/blockquote>

控制氣泡的原理，說(shuō)來(lái)很簡(jiǎn)單：水結(jié)冰會(huì)擠出溶解的氣體，形成受陷氣泡。降溫過(guò)急，氣泡呈橢圓狀；慢一點(diǎn)，出現(xiàn)針狀氣泡；再慢一點(diǎn)，甚至完全沒(méi)有氣泡——資深調(diào)酒師早已掌握的技巧。

這些氣泡的形貌，對(duì)應(yīng)上 1 與 0、點(diǎn)或橫、開(kāi)和關(guān)，不就成了一段數(shù)據(jù)嗎？

但光有這個(gè)發(fā)現(xiàn)還不夠，如果只是 1 和 0 的簡(jiǎn)單映射，一塊冰可能存不下一句完整的話(huà)。團(tuán)隊(duì)需要提高編碼信息的效率和存儲(chǔ)密度，才能讓這個(gè)發(fā)現(xiàn)更具現(xiàn)實(shí)意義。

北理工團(tuán)隊(duì)搭建了一個(gè)裝置，你可以想象一臺(tái)專(zhuān)為冰塊設(shè)計(jì)的「2D 打印機(jī)」：在透明塑料片之間夾一層水，下面有個(gè)冷板，精確控溫，再通過(guò)精確的信號(hào)處理，為冷板設(shè)計(jì)出一條完美的溫度曲線(xiàn)。

通過(guò)控制溫度和時(shí)間這兩個(gè)變量，團(tuán)隊(duì)能夠穩(wěn)定、高效地生成有序的氣泡。這就是編碼，但更像是在冰中創(chuàng)作一幅畫(huà)。

解碼過(guò)程同樣簡(jiǎn)潔優(yōu)雅，透著程序員能懂的美感：給冰拍張照，轉(zhuǎn)換成灰階圖像，計(jì)算機(jī)視覺(jué)算法接手剩下的工作。軟件讀取氣泡的粒徑、形貌、數(shù)量、分布等信息，翻譯成二進(jìn)制或摩斯電碼。

想象在《007》電影中，喝慣了干馬天尼的邦德，拿到一杯帶著巨大方形冰塊的雞尾酒。調(diào)酒師的眼神讓他明白這里面的門(mén)道有多深，邦德用智能眼鏡快速讀取了冰塊里的氣泡，機(jī)密信息交接完成。

當(dāng)然，從實(shí)驗(yàn)室到好萊塢大片，中間還有不少路要走。

回到現(xiàn)實(shí)中來(lái)，宋教授坦言，冰存儲(chǔ)的密度雖不及傳統(tǒng)硬盤(pán)，但也遠(yuǎn)超團(tuán)隊(duì)最初的預(yù)期：一塊 10 x 10 厘米的冰片，「大約可以存儲(chǔ) 3、4 頁(yè)紙的信息。」

雖然追不上電腦里 SSD，但至少對(duì)于一個(gè)字面意義上的「冷存儲(chǔ)」方案來(lái)說(shuō)，已經(jīng)相當(dāng)不錯(cuò)了。存儲(chǔ)密度的進(jìn)步不靠研究團(tuán)隊(duì)，而要靠業(yè)界。這項(xiàng)研究更偏重基礎(chǔ)科學(xué)，而非展示應(yīng)用可能性。

當(dāng)問(wèn)到這項(xiàng)技術(shù)的復(fù)現(xiàn)難度時(shí)，宋教授表示，用市售的常規(guī)硬件，加上一定的動(dòng)手和計(jì)算機(jī)能力就能還原個(gè)八九不離十，「一萬(wàn)塊錢(qián)左右」即可復(fù)現(xiàn)。

當(dāng)然，這只是一個(gè)粗略、樂(lè)觀的估計(jì)，并不是說(shuō)任何人花一萬(wàn)塊都能在家開(kāi)始生產(chǎn)硬盤(pán)——而是說(shuō)這篇論文背后的技術(shù)，復(fù)現(xiàn)難度其實(shí)并不高，普及化門(mén)檻低。

冷技術(shù)，熱未來(lái)

冰絕對(duì)不是在所有場(chǎng)景下都好用的存儲(chǔ)介質(zhì)，不能完全取代存儲(chǔ)密度和耐久性上優(yōu)勢(shì)巨大的固態(tài)硬盤(pán)。但這并不意味著探索冰作為一種存儲(chǔ)介質(zhì)是癡心妄想。事實(shí)上，基于電力的傳統(tǒng)存儲(chǔ)技術(shù)所遇到的挑戰(zhàn)，正好可以被冰解決。

以極地為例，傳統(tǒng)電子設(shè)備不僅面臨低溫挑戰(zhàn)，更受到電力匱乏的限制，海量信息依靠衛(wèi)星上傳也昂貴且不穩(wěn)定。而在白茫茫的世界里，一塊看似普通的冰，可能就承載著整個(gè)科考隊(duì)的重要發(fā)現(xiàn)。

抑或在戰(zhàn)爭(zhēng)陰霾下，電磁脈沖可以輕易切斷電子設(shè)備生命線(xiàn)。而冰存儲(chǔ)幾乎不消耗任何能源，一塊普通的冰塊，或能承擔(dān)一臺(tái)服務(wù)器的重任，無(wú)法被熱成像識(shí)別和電磁輻射追蹤到，隱蔽又安全。

換個(gè)角度，冰存儲(chǔ)更是一種字面意義上的「冷存儲(chǔ)」方案。將需要留存?zhèn)浞?，沒(méi)有頻繁讀取需求的數(shù)據(jù)編碼到冰里，可以零成本保存。

尤其是在電力、硬件失效，甚至是世界末日?qǐng)鼍跋?，冰存?chǔ)大有用武之地。試想一下，當(dāng)極端氣候引發(fā)滔天海嘯，或者人類(lèi)愚蠢地發(fā)起最后的世界大戰(zhàn)并將自己推向滅亡……冰存儲(chǔ)可以作為最后的「信息方舟」，留待地球生存環(huán)境恢復(fù)，社會(huì)再度萌芽之時(shí)。

今天的人類(lèi)，從冰中提取 DNA 并成功克隆出北極狼。而當(dāng)人類(lèi)自己的存亡之際到來(lái)，何不求助于冰，來(lái)保存千年的知識(shí)與文化傳承——自己曾經(jīng)存在的證明？

當(dāng)然，在主流視角下，這些事情都太遠(yuǎn)、太早、太不重要。所以不妨再換個(gè)角度：以互聯(lián)網(wǎng)和 AI 為代表的第三、四次技術(shù)革命，也為地球帶來(lái)了過(guò)量的電子垃圾。而用冰來(lái)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)正好是一種與之相對(duì)的環(huán)保哲學(xué)的體現(xiàn)：

科幻電影中近未來(lái)的電子垃圾山并不遙遠(yuǎn)，而在信息讀取完畢，冰塊不再被需要的時(shí)候，它可以完美「降解」為水，或者直接被投入其它用途，比如保鮮、物流、食用，甚至用于建筑。

說(shuō)到建筑——其實(shí)信息存儲(chǔ)并不是宋孟杰團(tuán)隊(duì)唯一的靈感。在東京時(shí)他就意識(shí)到，精確控制氣泡的用途，不僅限于冰，還包括更多固體或多相形態(tài)的材質(zhì)。

幾天前，我們?cè)诒崩砉さ霓k公室里暢談這項(xiàng)技術(shù)用于材料工程科學(xué)方面的前景。

比如，無(wú)論因?yàn)闅夂蜃兓豢赡妫€是依靠宇航技術(shù)的爆發(fā)，有一天人類(lèi)終將成為馬斯克口中的「多行星物種」。但當(dāng)人類(lèi)去到月球、火星生活，會(huì)發(fā)現(xiàn)缺乏大興土木的材料。而世界上有許多團(tuán)隊(duì)，都在探索將月塵通過(guò)高溫高壓等方式凝聚為固態(tài)材料，用于建筑的可能性。

冰存儲(chǔ)的原理，在這里同樣可用：通過(guò)溫度、壓力等物理量的控制，可以在各種固態(tài)材料內(nèi)精準(zhǔn)生成氣泡（或異物包裹體）。而這些氣泡的粒徑、形貌、數(shù)量、分布，也會(huì)改變固體材料的物理特性。

假設(shè)修建一座建筑物，需要不同形狀的磚塊。在地球上，我們通過(guò)模具鑄造、切割或材料打印的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)，這種生產(chǎn)方式難以復(fù)用到地外星球。而通過(guò)氣泡控制固體材料來(lái)打印「磚塊」，用手一掰，或者錘子一敲，就能裂成需要的形狀——這將極大提高人類(lèi)在外太空的建筑效率和生存質(zhì)量。

（這些可能性在論文里有所提及，但礙于學(xué)術(shù)領(lǐng)域期刊收稿的一些客觀規(guī)則，這篇論文將重點(diǎn)放在了信息存儲(chǔ)上。）

在技術(shù)革命的宏大敘事中，人們總是在尋找新的突破點(diǎn)——更快、更小、更強(qiáng)、更智能，等等。但有時(shí)候真正的創(chuàng)新需要「退一步」，重新審視和利用那些被我們認(rèn)為理所應(yīng)當(dāng)?shù)臇|西。

研究完這篇論文之后，我產(chǎn)生了一個(gè)暴論：最強(qiáng)大的技術(shù)往往不是最復(fù)雜和全面的，而應(yīng)該是簡(jiǎn)約、優(yōu)雅，在特定場(chǎng)景下完美的。它不需要稀土元素，不產(chǎn)生電子垃圾，幾乎不消耗電能，而是只需要水、冷空氣，和一些人類(lèi)的聰明才智。

最后，我其實(shí)希望在看文章的你，這輩子都不需要利用到冰存儲(chǔ)這項(xiàng)技術(shù)。但如果人類(lèi)終究還是難免終焉時(shí)刻，愿冰川能夠守護(hù)復(fù)蘇的希望。