Фото: Vastram / Shutterstock
В начале 2000-х компакт-диски стали практически обязательным атрибутом, ведь они предлагали простой и удобный способ хранения данных. Но спустя десятилетия, с появлением облачных технологий и потоковых сервисов, CD и DVD потеряли свои позиции. Сегодня компакт-диски часто выглядят как пережиток прошлого. Тем не менее, последние разработки учёных дают этим носителям шанс на возвращение — с ультравысокой плотностью хранения данных, недоступной в прошлые десятилетия.
Учёные из Чикагского университета и Аргоннской национальной лаборатории нашли способ обойти известное ограничение, накладываемое длиной волны лазера, применяемого для записи и считывания данных. Эта проблема — так называемый дифракционный предел — не позволяла записывать данные на диске с высокой плотностью, так как каждый бит не мог быть меньше длины волны лазера. Однако исследователи предложили радикальное решение: они наполнили материал редкоземельными излучателями, такими как оксид магния (MgO), и использовали технологию, известную как мультиплексирование длин волн. Принцип работы нового метода заключается в том, что каждый атом-излучатель настроен на слегка отличающуюся длину волны, что позволяет записывать гораздо больше данных в меньшем объёме, используя тот же физический носитель.
Для проверки концепции учёные создали модель твёрдого материала, наполненного атомами редкоземельных элементов, которые поглощают и излучают свет. Оказалось, что квантовые дефекты рядом с этими атомами могут захватывать и хранить световые волны за счёт изменения своего спинового состояния. Один из ключевых моментов открытия заключается в том, что такое состояние дефектов практически необратимо, что позволяет надёжно хранить записанные данные на протяжении длительного времени.
Исследователи объединили классическую физику с квантовым моделированием, чтобы показать, как редкоземельные элементы (красные точки) и дефекты (синие точки) внутри твердых тел могут взаимодействовать для хранения оптически закодированных классических данных. (Фото The University of Chicago)
Основой нового подхода стала возможность преодоления дифракционного предела. Стандартные компакт-диски используют метод записи и считывания, основанный на лазерном сканировании, где длина волны определяет минимальный размер бита. Это ограничение можно обойти, используя атомы-излучатели с различными длинами волн в структуре диска. В итоге учёные надеются, что их метод сможет обеспечить значительное увеличение плотности данных.
При этом новый подход требует не только точных расчётов, но и лабораторного подтверждения. Исследователи создали теоретический материал, в котором 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 такой дефект в ячейку долговременного хранения информации.
Однако, как это часто бывает с новыми технологиями, на пути к их внедрению остаётся немало препятствий. Одним из ключевых вопросов, который предстоит решить исследователям, является долговечность хранения данных — нужно выяснить, как долго возбуждённое состояние может сохраняться в новых материалах. Кроме того, учёные пока не публикуют оценки ёмкости новых дисков, но уверены, что она будет в разы выше, чем у традиционных оптических накопителей.
Следующий этап исследований будет связан с практическими испытаниями, а это значит, что до коммерческого применения остаётся несколько лет. Учёные предполагают, что к созданию устройств для записи и считывания такой памяти придётся приложить немало усилий, и технологии ещё предстоит пройти несколько этапов усовершенствования.
Помимо нового метода записи, в последние годы активно развиваются и альтернативные технологии для увеличения объёма хранения данных. Например, трёхмерная оптическая запись, реализуемая в прозрачных полимерах или пластиках, позволяет достигать плотности до 0,25 Тбит/см³, используя многослойную структуру и фемтосекундные лазеры. Такие технологии уже сегодня показывают впечатляющие результаты, но их применение требует фоточувствительных материалов, что несколько усложняет процесс производства. В отличие от них, новый подход, предложенный учёными 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 вероятно, что в ближайшие годы компакт-диски, казавшиеся нам атрибутом прошлого, смогут вновь вернуться на рынок, став носителями данных будущего — в компактном, ультраплотном формате. Читайте также Роман Паршин: Невидимые враги. Защита критических систем от киберфизических угроз Какие отрасли и объекты инфраструктуры наиболее уязвимы для киберфизических атак? Какие сценарии наиболее вероятны и опасны? Насколько серьезные риски для безопасности могут представлять цепочки поставок оборудования и комплектующих? Как выстроить эффективное взаимодействие и обмен информацией между службами физической и информационной безопасности на предприятии? IT-world узнал о методах проверки и анализа безопасности электронных устройств, которые практикуют специалисты АКБ «Барьер».
Источник: www.it-world.ru
