Nový prelom v oblasti optického ukladania dát by mohol spôsobiť, že CD disky sa vrátia znova na výslnie
Výskumníci predstavujú novú generáciu optickej pamäte, ktorá využíva prvky vzácnych zemín a kvantové defekty.
V dnešnom modernom digitálnom svete vzniká denne nepredstaviteľné množstvo nových dát (pozn. viac ako 2 bilióny bajtov nového obsahu každý deň). Spolu s tým výskumníci podotýkajú, že súčasné technológie na ich uloženie rýchlo dosahujú svoje hranice.
V rámci novej štúdie výskumníci z University of Chicago vysvetľujú, že optické pamäťové zariadenia, ktoré používajú svetlo na zápis a čítanie dát, ponúkajú potenciál odolného, rýchleho a energeticky úsporného úložiska. Táto technológia má potenciál priniesť nám odolné, rýchle a energeticky úsporné dátovú úložisko. Napriek tomu ich štúdia predstavila nový typ pamäte, v rámci ktorej sú optické dáta presúvané zo vzácnych kovov uložených v pevnom materiáli do blízkeho kvantového defektu.
Nová štúdia sa zaoberala základnými fyzikálnymi princípmi, ktoré ovládajú presun energie medzi jednotlivými kvantovými defektami. Tu si vedci všimli, že tento proces by mohol predstavovať mimoriadne efektívnu metódu optického ukladania dát.
Tradičné dátové úložiská už narážajú na svoje limity
Optické úložiská, napríklad CD alebo DVD, sú limitované difrakciou svetla. Jeden dátový bod nemôže byť menší ako vlnová dĺžka laseru, ktorý zapisuje a číta dáta. V rámci novej štúdie ale vedci našli spôsob, ako podporiť bitovú hustotu optického úložiska. Dokázali to tým, že do optického úložiska pridali veľa žiaričov, ktoré sa skladajú z prvkov vzácnych zemín. Zároveň používali aj odlišné vlnové dĺžky svetla. Podľa hypotézy by mohli v týchto žiaričoch uložiť viac dát v rovnakej oblasti.
Inými slovami, štúdia poukazuje na to, že doterajšie optické pamäťové technológie, ako sú CD a DVD, sú obmedzené difrakčným limitom svetla, ktorý určuje veľkosť dátových bodov. Tento nový prístup však využíva mnoho atómov vzácnych zemín na malej ploche, pričom pomocou techniky s rôznymi vlnovými dĺžkami svetla môže do tej istej oblasti uložiť viac dát.
Neprehliadni
Ďalší krok štúdie bolo dokázať, že tento prístup je realistický. Najprv výskumníci študovali, aké fyzikálne predpoklady sú nutné pre efektívne a dátovo husté optické úložisko. Autori štúdie vytvorili model, ktorý ukázal teoretický materiál. V tomto materiáli sa nachádzali atómy úzkopásmového žiariča, zloženého z prvkov vzácnych zemín. Model vedcom ukázal, ako môže byť svetlo tohto úzkeho vlnového pásma zachytené blízkym kvantovým defektom.
“Chceli sme vyvinúť potrebnú teóriu na to, aby sme dokázali predpovedať, ako prebieha presun energie medzi žiaričmi a defektami. Tento teoretický základ nám dovoľuje prísť na to, ako by sme mohli vyvinúť optickú pamäť budúcnosti,” tvrdí Swarnabha Cattaraj, jeden z autorov štúdie.
Pamäť novej generácie
Výskumníci majú pomerne dobrú predstavu o tom, ako kvantové defekty v pevnom materiáli typicky interagujú so svetlom. Zatiaľ ale neštudovali, ako sa ich správanie zmení, keď svetlo pochádza z mimoriadne blízkeho zdroja. Tento zdroj predstavujú žiariče, ktoré sa nachádzajú vzdialené len pár nanometrov. Autori štúdie vysvetľujú, že ide o prenos energie, ktorý nasleduje iné pravidlá ako prenos energie na väčšie vzdialenosti.
Výskum ukázal, že keď kvantové defekty absorbujú úzkopásmovú energiu z blízkych atómov, stávajú sa nielen vzrušené, no zároveň prehodia aj svoj spin. Toto prehodenie sa ťažko vracia späť, čo výskumníkom naznačuje, že kvantové defekty by mohli slúžiť na dlhodobé ukladanie dát. Zároveň autori štúdie konštatujú, že vďaka úzkemu pásmu žiaričov a drobnej veľkosti kvantových defektov by takéto optické úložisko dokázalo poskytnúť oveľa hustejšie úložisko, ako iné optické technológie.
Autori štúdie vysvetľujú, že na praktickú technológiu, ktorú by sme mohli používať, si ešte počkáme. Momentálne existuje niekoľko otázok, ktoré musia zodpovedať, než budú môcť vytvoriť fungujúce zariadenie. Problémom ostáva, ako dlho dokáže vydržať vzrušený stav kvantových defektov a ako by sme mohli čítať dáta, ktoré sú v nich uložené. Za mimoriadne dôležité ale považujú pochopenie tohto procesu prenosu energie.
Úložisko, ktoré nás prežije
V tomto smere je zaujímavou aj štúdia, na ktorej pracovali výskumníci z University of Southampton. Vedcom sa po prvýkrát v histórii podarilo uložiť celý ľudský genóm na takzvaný 5D pamäťový kryštál. Ide o formu dátového úložiska, ktorá podľa slov autorov štúdie dokáže vydržať miliardy rokov.
Ak ťa tento nápad zaujal a chceš vedieť viac o tom, ako tento pamäťový kryštál funguje, do pozornosti ti dávame tento článok.
