RW Space

Ученые из Microsoft Research в США продемонстрировали систему под названием Silica для записи и считывания информации на обычных кусочках стекла, которая может хранить данные размером в два миллиона книг на тонком квадрате размером с ладонь.

В статье, опубликованной сегодня в журнале Nature, исследователи говорят, что их тесты показывают, что данные будут читаемы более 10 000 лет.

На что способны крошечные импульсы света

Новая система под названием Silica использует чрезвычайно короткие вспышки лазерного света для записи битов информации в блок обычного стекла.

Эти импульсы не зря называются «ультракороткими». Каждая из них длится всего лишь квадриллионные доли секунды (то есть фемтосекунды или 10^–15 с).

Для понимания: сравнивать десять фемтосекунд с одной минутой — все равно, что сравнивать одну минуту со всем возрастом Вселенной.

Эти невероятно короткие вспышки света можно использовать для генерации еще более коротких вспышек света длительностью в аттосекунды (тысячная доля фемтосекунды или 10^–18 с).

Эти аттосекундные вспышки можно использовать для наблюдения за движением электронов внутри атомов и молекул. В 2023 году за новаторскую работу в этом направлении была присуждена Нобелевская премия по физике. области, Ференцу Краусу (по совпадению моему бывшему научному руководителю), Анне Л’Юйе и Пьеру Агостини.

Письмо на стекле

Фемтосекундные лазерные импульсы также имеют практическое технологическое применение. Их можно использовать для внесения изменений глубоко внутри прозрачных материалов, таких как стекло.

Эти лазеры производят свет с длиной волны, которая обычно проходит через стекло без взаимодействия. Однако когда ультракороткие импульсы этого света фокусируются на определенной области, они создают интенсивное электрическое поле, которое изменяет молекулярную структуру стекла в фокальной зоне.

Это означает, что затрагивается только крошечный трехмерный объем, часто менее миллионной доли метра в каждой стороне. Это называется «вокселем», который можно создать в точно контролируемых позициях в стекле.

Десятилетия исследований

Идея использования записанных лазером вокселей для трехмерного хранения данных не нова.

Эрик Мазур и его коллеги из Гарвардского университета в США исследовали объемное оптическое хранилище еще в 1990-х годах. Их новаторская работа продемонстрировала, что постоянные структуры данных могут быть вписаны в обычное стекло с помощью фемтосекундных лазеров.

В 2014 году Питер Казанский и его коллеги из Саутгемптонского университета в Великобритании сообщили о хранении данных в плавленом кварцевом стекле с «по-видимому, неограниченным сроком службы». Это помогло утвердить идею сверхстабильных устройств памяти на основе стекла.

В 2024 году Казанский создал компанию SPhotonix для коммерциализации того, что они называют «5D-наноструктурированием стекла».

Их представление о «5D-кристалле памяти» даже проникло в массовую культуру: подобное устройство появилось в последнем фильме «Миссия невыполнима» Последний расчет, изображаемое как безопасное хранилище, способное содержать мощный, но зловещий искусственный интеллект.

Полноценная система

Проект Silica не претендует на новый научный прорыв. Вместо этого команда представляет первую комплексную демонстрацию практической, реальной технологии.

Их работа объединяет все ключевые элементы такой платформы хранения данных на основе фемтосекундных лазеров и стекла. Он включает в себя кодирование данных, запись, чтение, декодирование и исправление ошибок.

В работе исследуются различные стратегии обеспечения надежности, скорости записи, энергоэффективности и плотности данных, а также систематическая оценка срока службы данных.

Silica рассмотрела два основных типа вокселей, написанных лазером.

Первый состоит из крошечных вытянутых пустотообразных элементов, созданных лазерными «микровзрывами» внутри стекла. Они обеспечивают чрезвычайно высокую плотность хранения данных — 1,59 гигабит на кубический миллиметр.

Второй тип предполагает внесение небольших изменений в локальный показатель преломления стекла. Их можно записать быстрее, используя меньше энергии, но каждый кубический миллиметр стекла может содержать меньше данных.

Этот метод позволяет записывать около 65,9 мегабит в секунду, и авторы говорят, что эту скорость можно увеличить с помощью большего количества лазерных лучей.

Наконец, эксперименты по ускоренному старению показывают, что записанные данные, даже в случае более чувствительных фазовых вокселов, могут оставаться стабильными более 10 000 лет. Это значительно превышает срок службы традиционных носителей архивных данных, таких как магнитная лента или жесткие диски.

Будущее

Когда в конце 1990-х годов я начал писать докторскую диссертацию в Венском технологическом университете, мы были одной из немногих лабораторий в мире, которые обладали опытом создания лазеров, способных генерировать фемтосекундные импульсы.

Сегодня, после десятилетий технологического развития, появились сверхбыстрые лазеры с надежностью, мощностью и частотой повторения, необходимыми для промышленного использования. можно приобрести в готовом виде.

По теме: Ученые вырастили мини-мозги, а затем обучили их решать инженерные задачи

Плотное, быстрое и энергоэффективное хранение архивных данных — захватывающее практическое применение этих лазеров. Поскольку сверхбыстрая фотоника продолжает развиваться, я не сомневаюсь, что за ней последуют новые применения. Впереди захватывающие времена.

Алекс Фуербах, профессор Исследовательского центра фотоники Университета Маккуори

Эта статья переиздана из The Conversation под лицензией Creative Commons. Прочтите оригинал статьи.