Учёные из Чикагского университета и Аргоннской национальной лаборатории разработали инновационную технологию, которая позволяет записывать данные с невероятной плотностью, используя уникальные свойства редкоземельных элементов и квантовых дефектов.
Как сообщает IT-World, такой подход может значительно увеличить объём хранения данных на оптических носителях и, возможно, изменить будущее цифровых технологий.
В начале 2000-х годов компакт-диски стали неотъемлемой частью нашей жизни, предоставляя удобный и простой способ хранения информации. Однако с развитием облачных технологий и потоковых сервисов, компакт-диски и DVD-диски утратили свою актуальность. Сегодня они кажутся пережитком прошлого.
Тем не менее, благодаря новым разработкам учёных, компакт-диски могут получить вторую жизнь. Современные технологии позволяют создавать диски с ультравысокой плотностью хранения данных, что было невозможно в прошлом.
Специалисты из Чикагского университета и Аргоннской национальной лаборатории разработали метод, который позволяет преодолеть ограничение, связанное с длиной волны лазера, используемого для записи и считывания информации.
Это ограничение, известное как дифракционный предел, не позволяло создавать носители с высокой плотностью записи, поскольку размер каждого бита не мог быть меньше длины волны лазера.
Однако учёные предложили инновационное решение: они внедрили в материал редкоземельные излучатели и использовали технологию мультиплексирования длин волн.
Суть метода заключается в том, что каждый атом-излучатель настроен на свою длину волны, которая незначительно отличается от других. Это позволяет записывать больше информации на том же физическом носителе.
В ходе исследования учёные разработали прототип твёрдого вещества, содержащего атомы редкоземельных элементов, которые способны поглощать и излучать свет.
Было обнаружено, что в непосредственной близости от этих атомов могут возникать квантовые дефекты, которые захватывают и сохраняют световые волны, изменяя своё спиновое состояние.
Важным аспектом этого открытия является то, что состояние дефектов остаётся практически неизменным, что позволяет надёжно сохранять записанные данные в течение длительного времени.
В основе нового подхода лежит возможность преодоления дифракционного предела.
Стандартные компакт-диски используют метод записи и считывания, который основан на лазерном сканировании. При этом длина волны определяет минимальный размер бита. Однако это ограничение можно обойти, используя атомы-излучатели с различными длинами волн в структуре диска.
Учёные надеются, что их метод позволит значительно увеличить плотность данных. Однако для этого необходимо не только провести точные расчёты, но и подтвердить их в лабораторных условиях.
Исследователи разработали теоретическую модель, в которой узкие длины волн редкоземельных элементов могут удерживать возбуждённое состояние дефектов. Таким образом, данные записываются на квантовом уровне, а не на привычных нам микроскопических поверхностях.
Каждый отдельный дефект «переворачивает» своё спиновое состояние, что делает его неспособным вернуться в исходное положение. Это свойство фактически превращает дефект в ячейку долговременного хранения информации.
Но, как это часто бывает с инновационными технологиями, на пути к их внедрению возникает множество проблем.
Одним из ключевых вопросов, который предстоит решить исследователям, является вопрос о долговечности хранения данных. Необходимо выяснить, как долго возбуждённое состояние может сохраняться в новых материалах.
Кроме того, учёные пока не могут точно оценить ёмкость новых дисков, но уверены, что она будет значительно выше, чем у традиционных оптических накопителей.
Следующий этап исследований будет посвящён практическим испытаниям. Это означает, что до коммерческого применения новых технологий ещё несколько лет.
Учёные предполагают, что создание устройств для записи и считывания такой памяти потребует значительных усилий, и технологии ещё предстоит пройти несколько этапов усовершенствования.
В последние годы активно развиваются новые технологии хранения данных, которые позволяют увеличить объём информации.
Например, трёхмерная оптическая запись, которая реализуется в прозрачных полимерах или пластиках, позволяет достичь плотности до 0,25 Тбит/см³. Для этого используются многослойные структуры и фемтосекундные лазеры.
Такие технологии уже сегодня показывают впечатляющие результаты, но их применение требует использования фоточувствительных материалов, что усложняет процесс производства.
В отличие от них, новый подход, предложенный учёными из Чикаго и Аргоннской лаборатории, ориентирован на работу с простыми материалами без необходимости их специальной подготовки.
Если дальнейшие исследования подтвердят жизнеспособность нового метода, он сможет серьёзно изменить инфраструктуру хранения данных, предлагая долговременное и энергоэффективное решение, особенно актуальное в условиях бурного роста объёмов цифровой информации.
Вполне возможно, что в ближайшие годы компакт-диски, которые казались нам атрибутом прошлого, смогут вновь вернуться на рынок, став носителями данных будущего — в компактном, ультраплотном формате.