Oto dyski przyszłości. Zmieszczą 1000 razy więcej danych przy pomocy światła

Ponieważ nasz cyfrowy świat generuje ogromne ilości danych - ponad 2 kwintyliony bajtów nowej treści każdego dnia - wczorajsze technologie pamięci masowej szybko osiągają swoje granice.

Dyski twarde, pendrive’y, karty pamięci – wszystkie te rozwiązania bazują na tradycyjnych metodach przechowywania danych, które po prostu przestają nadążać za tempem, w jakim rośnie nasze zapotrzebowanie na miejsce.

Nowoczesne technologie, jak sztuczna inteligencja, Internet Rzeczy, streaming i ogromne bazy danych, potrzebują nie tylko więcej przestrzeni, ale też szybszych i bardziej energooszczędnych sposobów zapisu i odczytu.

Naprawdę nie wystarczy jedynie więcej "terabajtów" – potrzebna jest nowa jakość.

Jednym z najbardziej obiecujących kierunków badań jest wykorzystanie światła do przechowywania danych. Badacze z Argonne National Laboratory i University of Chicago zaproponowali właśnie nowatorski sposób na zapis informacji przy użyciu światła.

Naukowcy opracowali nowy typ pamięci, w której dane optyczne są przesyłane z pierwiastka ziem rzadkich osadzonego w materiale stałym do pobliskiego defektu kwantowego. Ich analiza tego, jak taka technologia mogłaby działać, została opublikowana w Physical Review Research.

Nowe badania mogą doprowadzić do urządzeń do przechowywania danych 1000 razy gęstszych niż było to możliwe wcześniej.

Większość metod przechowywania pamięci optycznej opracowanych w przeszłości, w tym płyty CD i DVD, jest ograniczona przez limit dyfrakcyjny światła. Oznacza to, że pojedynczy punkt danych nie może być mniejszy niż długość fali lasera zapisującego i odczytującego dane.

W nowej pracy naukowcy zaproponowali zwiększenie gęstości bitowej pamięci optycznej poprzez osadzanie wielu emiterów ziem rzadkich w materiale. Wykorzystując nieznacznie różne długości fal światła - podejście znane jako multipleksowanie długości fal - wysunęli hipotezę, że te emitery mogą przechowywać więcej danych w tym samym obszarze.

Więcej o dyskach i pamięciach przeczytasz na Spider's Web:

Urządzenie pamięci optycznej o ultrawysokiej gęstości składałoby się z licznych komórek pamięci, z których każda zawierałaby pierwiastki ziem rzadkich osadzone w materiale stałym - w tym przypadku kryształy tlenku magnezu (MgO).

Pierwiastki ziem rzadkich emitują fotony, czyli cząstki światła, które są pochłaniane przez pobliskie defekty kwantowe. Defekt kwantowy to specyficzny rodzaj "niedoskonałości" w strukturze materiału na poziomie atomowym, który może mieć unikalne właściwości fizyczne, tworząc w ten sposób mikroskopijną "pułapkę", która wpływa na sposób zachowania się elektronów i fotonów (czyli cząsteczek światła) w jej pobliżu.

Naukowcy stworzyli modele teoretycznego materiału przeplatanego atomami emiterów ziem rzadkich. Te atomy pochłaniają światło i ponownie emitują to światło przy określonych, wąskich długościach fal. Naukowcy pokazali, jak to światło o wąskiej długości fali może być następnie przechwytywane przez pobliski defekt kwantowy.

Chociaż naukowcy dobrze rozumieją, w jaki sposób defekty kwantowe w materiale stałym zazwyczaj oddziałują ze światłem, nie badali wcześniej, jak zmienia się ich zachowanie, gdy światło pochodzi ze źródła znajdującego się niewiarygodnie blisko, takiego jak wąskopasmowe emitery ziem rzadkich umieszczone zaledwie kilka nanometrów dalej.

Nowy pomysł na pamięci ma wiele zalet. Największe plusy to niezawodność i wydajność. Pamięć oparta na defektach kwantowych w połączeniu z pierwiastkami ziem rzadkich oferuje możliwość zachowania danych przez dłuższy czas, jednocześnie minimalizując straty energetyczne. Technologia jest również bardziej odporna na zakłócenia i zmiany temperatury, co czyni ją idealnym rozwiązaniem na przyszłość.

Technologia oparta na defektach kwantowych i pierwiastkach ziem rzadkich może przekształcić branżę IT, zwiększyć wydajność urządzeń i zapewnić zupełnie nowe poziomy bezpieczeństwa danych. Choć na szerokie zastosowanie jeszcze poczekamy, już dziś warto śledzić tę technologię – kto wie, być może za kilka lat stanie się ona nowym standardem w naszym cyfrowym świecie.