Optyczne przechowywanie dużych ilości danych dojrzewa na zielono

Niedawno opublikowano najpopularniejsze słowa w roku 2023, a na szczycie listy niewątpliwie znalazł się oparty na sztucznej inteligencji model dużego języka (LLM). Jako lider, ChatGPT stał się również jednym z globalnych modnych haseł roku. Te rewolucyjne innowacje w dziedzinie sztucznej inteligencji wiele zawdzięczają dużym zbiorom danych, które odegrały kluczową rolę. Jednak sztuczna inteligencja stworzyła jednocześnie nowe możliwości i wyzwania dla rozwoju dużych zbiorów danych.

Magazynowanie danych o dużej pojemności jest niezbędne w dzisiejszej gospodarce cyfrowej. Jednak popularne urządzenia pamięci masowej, takie jak dyski twarde i półprzewodnikowe urządzenia flash, napotykają ograniczenia w zakresie opłacalności, trwałości i żywotności. Optyczne przechowywanie danych stanowi obiecujące, przyjazne dla środowiska i ekonomiczne rozwiązanie do długoterminowego przechowywania danych. Jednakże optyczne przechowywanie danych napotyka fundamentalne ograniczenia w zakresie odstępów pomiędzy sąsiednimi zarejestrowanymi obiektami, ze względu na granicę dyfrakcji optycznej. To fizyczne ograniczenie nie tylko utrudnia dalszy rozwój bezpośrednich maszyn do pisania laserowego, ale także wpływa na mikroskopię optyczną i technologię przechowywania.

Według magazynu Science „125 Cutting-Edge Problems in 2021” przekroczenie granicy dyfrakcji jest wyzwaniem numer jeden w fizyce. Jest to również jedno z siedmiu przełomów technologicznych przewidzianych przez Naturę na rok 2024 i lata późniejsze.

Interdyscyplinarny zespół kierowany przez profesora Min Guo z Uniwersytetu Naukowo-Technologicznego w Szanghaju (USST) oraz Szanghajskiego Instytutu Optyki i Mikromechaniki (SIOM) Chińskiej Akademii Nauk pomyślnie przezwyciężył to wyzwanie. Niedawno opublikowali w czasopiśmie Nature swoje najnowsze odkrycie badawcze „Nanoskalowa pamięć optyczna 3D o pojemności petabitowej”. Po raz pierwszy naukowcy wykazali, że pojemność optycznego przechowywania danych może osiągnąć poziom petabitów (Pb) poprzez rozciągnięcie planarnej struktury zapisu do trzech wymiarów za pomocą setek warstw, przełamując w ten sposób barierę granicy dyfrakcji optycznej zarejestrowanych plam. Pojemność dysku o rozmiarze DVD może osiągnąć poziom Pb, co odpowiada co najmniej 10 000 płyt Blu-ray lub 100 dyskom twardym o dużej pojemności. Autorami tej publikacji są profesor Min Guo, dyrektor Instytutu Chipów Fotonicznych, profesor Jing Wen z USST i profesor Hao Ruan z SIOM. Dr Miao Zhao, stażysta podoktorski w SIOM i profesor Jing Wen z USST są wymienieni jako współpierwsi autorzy.

Pionierska technologia nano-optycznej pamięci dyskowej 3D o pojemności petabitowej jest rewolucyjna. Zbiór danych zapisany w GPT, który obejmuje 5,8 miliarda zaindeksowanych stron internetowych i zajmuje około 56 petabajtów tekstu, zwykle wymaga dużo miejsca na dysku twardym do przechowywania. Jednak pamięć dyskowa 3D w nanoskali może zmniejszyć tę przestrzeń do rozmiaru komputera stacjonarnego, znacznie obniżając koszty. Co więcej, pobór mocy nano-optycznej pamięci dyskowej jest kilkukrotnie niższy niż w przypadku metod tradycyjnych, a jej żywotność może sięgać 50-100 lat.

W 2013 roku profesor Min Guo i jego zespół badawczy osiągnęli technologię bezpośredniego pisania laserowego 9 nm opartą na pisaniu dwuwiązkowym. Niemiecki naukowiec, profesor Stefan W. Helle, zdobył Nagrodę Nobla w dziedzinie chemii w 2014 r. za wynalezienie techniki obrazowania mikroskopowego o super rozdzielczości z podwójną wiązką. Technologia pamięci dyskowej 3D w nanoskali, opublikowana w czasopiśmie Nature, przełamała barierę ograniczającą dyfrakcję w optycznym zapisie i czytaniu, zwiastując nową erę cyfrowej gospodarki dużymi zbiorami danych.