信息的存儲，人類科技追求的圣杯之一（除了 AGI 之外）。
從石板刻字到結繩記事，從打孔卡片到磁帶硬盤，人類已經(jīng)嘗試過一切的存儲介質(zhì)，有成功，也有失敗。
但現(xiàn)在，北京理工大學的學者又為這場競賽增添了一個新選手——一個隱藏在我們眼皮底下數(shù)千年的存儲介質(zhì)。
冰。可以裝進冰箱、放進飲料里的冰。就這么簡單。
當然不是說在冰上刻字……而是一種更加精妙的方法：通過操控結冰時困住的微小氣泡，來編碼信息。
這技術聽起來有點冷 (pun intended)，但仔細一想：離線，冰涼，難以被入侵——這不正是字面意義上的「冷存儲」嗎？
大自然的硬盤，冰冷且古老
地球在變暖，有人居然想用冰當硬盤，腦洞真夠大的。其實背后的原理卻出人意料的優(yōu)雅，早已被億萬年的輪回證明有效：
地球表面大約 10% 的面積被冰覆蓋。大氣循環(huán)進入水體，而水結冰時又困住了大氣，以「受陷氣泡」形式存在。世界各地的古老冰芯，就這樣封存遠古大氣的秘密，成為天然的時間膠囊。它們是科學家的寶庫，還原億萬年前的地球模樣，為有關環(huán)境和進化的未解謎題提供新知。
換言之，如果地球是一臺計算機，那么冰就是它的「硬盤」。無法逃逸的氣泡，就是數(shù)不盡的數(shù)據(jù)點。
圖示：上古大氣被封存在冰里，后世人類用它了解史前地球
知道了這些東西，下次再去酒吧的時候，你可能會有不一樣的感受：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教授、熱力學專家宋孟杰。他告訴我，2018 年在東京大學擔任特別研究員時，在微米級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」，我們?yōu)槭裁床荒埽?/p>
控制氣泡的原理，說來很簡單：水結冰會擠出溶解的氣體，形成受陷氣泡。降溫過急，氣泡呈橢圓狀；慢一點，出現(xiàn)針狀氣泡；再慢一點，甚至完全沒有氣泡——資深調(diào)酒師早已掌握的技巧。
這些氣泡的形貌，對應上 1 與 0、點或橫、開和關，不就成了一段數(shù)據(jù)嗎？
但光有這個發(fā)現(xiàn)還不夠，如果只是 1 和 0 的簡單映射，一塊冰可能存不下一句完整的話。團隊需要提高編碼信息的效率和存儲密度，才能讓這個發(fā)現(xiàn)更具現(xiàn)實意義。
北理工團隊搭建了一個裝置，你可以想象一臺專為冰塊設計的「2D 打印機」：在透明塑料片之間夾一層水，下面有個冷板，精確控溫，再通過精確的信號處理，為冷板設計出一條完美的溫度曲線。
通過控制溫度和時間這兩個變量，團隊能夠穩(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。
生成（編碼）氣泡的過程
解碼過程同樣簡潔優(yōu)雅，透著程序員能懂的美感：給冰拍張照，轉換成灰階圖像，計算機視覺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，翻譯成二進制或摩斯電碼。
編解碼系統(tǒng)的邏輯示意
使用摩斯碼對 CN（中國）和 BJ（北京）字段進行編解碼
終于，人類掌握了和冰對話的能力。這聽起來像科幻小說，但現(xiàn)實往往比想象更精彩。
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里面有門道。邦德用智能眼鏡快速讀取了冰塊里的氣泡，機密信息交接完成。
當然，從實驗室到好萊塢大片，中間還有不少路要走。
回到現(xiàn)實中，宋教授坦言，冰存儲的密度雖不及傳統(tǒng)硬盤，但也遠超團隊最初的預期：一塊 10 x 10 厘米的冰片，「大約可以存儲 3、4 頁紙的信息。」
雖然追不上電腦里 SSD，但至少對于一個字面意義上的「冷存儲」方案來說，已經(jīng)相當不錯了。存儲密度的進步不靠研究團隊，而要靠業(yè)界。這項研究更偏重基礎科學，而非展示應用可能性。
當問到這項技術的復現(xiàn)難度時，宋教授表示，用市售的常規(guī)硬件，加上一定的動手和計算機能力就能還原個八九不離十，「一萬塊錢左右」即可復現(xiàn)。
當然，這只是一個粗略、樂觀的估計，并不是說任何人花一萬塊都能在家開始生產(chǎn)硬盤——而是說這篇論文背后的技術，復現(xiàn)難度其實并不高，普及化門檻低。
圖示：制冰機關（B），以及整個編解碼系統(tǒng)的配置簡圖（A）
冷技術，熱未來
冰絕對不是在所有場景下都好用的存儲介質(zhì)，不能完全取代存儲密度和耐久性上優(yōu)勢巨大的固態(tài)硬盤。但這并不意味著探索冰作為一種存儲介質(zhì)是癡心妄想。
基于電力的傳統(tǒng)存儲技術所遇到的挑戰(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，可能就承載著整個科考隊的重要發(fā)現(xiàn)。
抑或在戰(zhàn)爭陰霾下，電磁脈沖可以輕易切斷電子設備生命線。而冰存儲幾乎不消耗任何能源，一塊普通的冰塊，或能承擔一臺服務器的重任，無法被熱成像識別和電磁輻射追蹤到，隱蔽又安全。
換個角度，冰存儲更是一種字面意義上的「冷存儲」方案。將需要留存?zhèn)浞荩瑳]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，甚至是世界末日場景下，冰存儲大有用武之地。試想一下，當極端氣候引發(fā)滔天海嘯，或者人類愚蠢地發(fā)起最后的世界大戰(zhàn)并將自己推向滅亡……冰存儲可以作為最后的「信息方舟」，留待地球生存環(huán)境恢復，社會再度萌芽之時。
今天的人類，從冰中提取 DNA 并成功克隆出北極狼。而當人類自己的存亡之際到來，何不求助于冰，來保存千年的知識與文化傳承——自己曾經(jīng)存在的證明？
同理，人類可以用冰給后代傳遞信息，就像永不破裂和丟失的漂流瓶
當然，在主流視角下，這些事情都太遠、太早、太不重要。所以不妨再換個角度：以互聯(lián)網(wǎng)和 AI 為代表的第三、四次技術革命，也為地球帶來了過量的電子垃圾。而用冰來存儲數(shù)據(jù)正好是一種與之相對的環(huán)保哲學的體現(xiàn)：
科幻電影中近未來的電子垃圾山并不遙遠，而在信息讀取完畢，冰塊不再被需要的時候，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。
說到建筑——其實信息存儲并不是宋孟杰團隊唯一的靈感。 在東京時他就意識到，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，我們在北理工的辦公室里暢談這項技術用于材料工程科學方面的前景。
比如，無論因為氣候變化不可逆，還是依靠宇航技術的爆發(fā)，有一天人類終將成為馬斯克口中的「多行星物種」。但當人類去到月球、火星生活，會發(fā)現(xiàn)缺乏大興土木的材料。而世界上有許多團隊，都在探索將月塵通過高溫高壓等方式凝聚為固態(tài)材料，用于建筑的可能性。
冰 存儲的原理，在這里同樣可用：通過溫度、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，也會改變固體材料的物理特性。
歐洲空間局用月塵鑄造的「積木」，重達 1.5 噸
假設修建一座建筑物，需要不同形狀的磚塊。在地球上，我們通過模具鑄造、切割或材料打印的方式來實現(xiàn)，這種生產(chǎn)方式難以復用到地外星球。而通過氣泡控制固體材料來打印「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，但礙于學術領域期刊收稿的一些客觀規(guī)則，這篇論文將重點放在了信息存儲上。）
在技術革命的宏大敘事中，人們總是在尋找新的突破點——更快、更小、更強、更智能，等等。但有時候真正的創(chuàng)新需要「退一步」，重新審視和利用那些被我們認為理所應當?shù)臇|西。
研究完這篇論文之后，我產(chǎn)生了一個暴論：最強大的技術往往不是最復雜和全面的，而應該是簡約、優(yōu)雅，在特定場景下完美的。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，和一些人類的聰明才智。
最后，我其實希望在看文章的你，這輩子都不需要利用到冰存儲這項技術。但如果人類終究還是難免終焉時刻，愿冰川能守護復蘇的希望。