Jungtinių Amerikos Valstijų „Microsoft Research“ mokslininkai pademonstravo sistemą, vadinamą „Silica“, skirtą informacijai įrašyti ir skaityti į paprastus stiklo gabalėlius, kurie ploname, delno dydžio kvadrate gali saugoti dviejų milijonų knygų talpos duomenis.
Žurnale „Nature“ paskelbtame straipsnyje tyrėjai teigia, kad jų bandymai rodo, jog duomenis bus galima skaityti daugiau nei 10 000 metų.
Ką gali padaryti mažyčiai šviesos impulsai
Naujoji sistema, vadinama „Silica“, naudoja itin trumpus lazerio šviesos blyksnius, kad įrašytų informacijos bitus į paprasto stiklo bloką.
Šie impulsai vadinami „ultratrumpais“ ne veltui. Kiekvienas iš jų trunka vos kvadrilijonines sekundės dalis (dar žinomas kaip femtosekundės arba 10–15 s).
Kad suprastumėte: dešimt femtosekundžių palyginti su viena minute yra tas pats, kas palyginti vieną minutę su visu Visatos amžiumi.
Šie neįtikėtinai trumpi blyksniai gali būti naudojami dar trumpesniems šviesos pliūpsniams, trunkantiems atosekundes (tūkstantąją femtosekundės dalį arba 10–18 s), generuoti.
Šie atosekundiniai pliūpsniai gali būti naudojami elektronų judėjimui atomų ir molekulių viduje stebėti – 2023 m. Nobelio fizikos premija už novatorišką darbą šioje srityje buvo skirta Ferencui Krauszui, Anne L’Huillier ir Pierre’ui Agostini.
Tyrėjai femtosekundiniais lazeriais įrašė duomenis į stiklą Silica sistemoje. Nuotrauka: „Microsoft Research“
Rašymas į stiklą
Femtosekundiniai lazerio impulsai taip pat turi praktinį technologinį pritaikymą. Jie gali būti naudojami pokyčiams atlikti skaidrių medžiagų, tokių kaip stiklas, viduje.
Šie lazeriai skleidžia šviesą, kurios bangos ilgis paprastai praeina pro stiklą be sąveikos. Tačiau, kai itin trumpi šios šviesos impulsai yra glaudžiai sufokusuoti į tam tikrą sritį, jie sukuria intensyvų elektrinį lauką, kuris pakeičia stiklo molekulinę struktūrą židinio zonoje.
Tai reiškia, kad paveikiamas tik labai mažas trimatis tūris, dažnai mažesnis nei milijoninė metro dalis. Tai vadinama „vokseliu“, kuris gali būti pagamintas tiksliai kontroliuojamose stiklo vietose.
Dešimtmečių tyrimai
Idėja naudoti lazeriu įrašytus vokselius trimačiam duomenų saugojimui nėra nauja.
Ericas Mazuras ir jo kolegos Harvardo universitete JAV tyrinėjo tūrinį optinį saugojimą dar 1990-aisiais. Jų novatoriškas darbas parodė, kad nuolatinės duomenų struktūros gali būti įrašytos į įprastą stiklą naudojant femtosekundinius lazerius.
Informacijai iš stiklo nuskaityti naudojama mikroskopo įranga. Nuotrauka: „Microsoft Research“
2014 m. Peteris Kazansky ir jo kolegos iš Sautamptono universiteto Jungtinėje Karalystėje pranešė apie duomenų saugojimą lydytame kvarciniame stikle su „atrodo neribotu tarnavimo laiku“. Tai padėjo sukurti itin stabilių stiklo pagrindu veikiančių atminties įrenginių idėją.
2024 m. Kazansky įkūrė įmonę pavadinimu „SPhotonix“, kad komercializuotų tai, ką jie apibūdina kaip „5D stiklo nanostruktūrizavimą“. Jų „5D atminties kristalo“ vizija netgi pateko į populiariąją kultūrą: panašus įrenginys pasirodė naujausiame „Neįmanomos misijos“ filme „Paskutinis atpildas“, vaizduojamas kaip saugykla, kurioje gali būti galingas, bet grėsmingas dirbtinis intelektas.
„Silica“ projektas neteigia, kad padarė naują mokslinį proveržį. Vietoj to, komanda pristato pirmąją išsamią praktinės realaus pasaulio technologijos demonstraciją.
Jų darbas sujungia visus pagrindinius tokios saugojimo platformos, pagrįstos femtosekundiniais lazeriais ir stiklu, elementus. Tai apima duomenų kodavimą, rašymą, skaitymą, dekodavimą ir klaidų taisymą. Darbe nagrinėjamos įvairios patikimumo, rašymo greičio, energijos vartojimo efektyvumo ir duomenų tankio strategijos, taip pat sistemingai vertinamas duomenų gyvavimo laikas.
„Silica“ tyrinėjo du pagrindinius lazeriu įrašytų vokselių tipus.
Pirmąjį sudaro mažyčiai pailgi, į tuštumą panašūs dariniai, sukurti lazeriu veikiančių „mikrosprogimų“ stiklo viduje. Tai leidžia pasiekti itin didelį 1,59 gigabito kubiniame milimetre saugojimo tankį.
Antrasis tipas apima subtilius stiklo vietinio lūžio rodiklio pakeitimus. Juos galima įrašyti greičiau, naudojant mažiau energijos, tačiau kiekvienas kubinis stiklo milimetras gali talpinti mažiau duomenų. Šiuo metodu galima įrašyti apie 65,9 megabito per sekundę greičiu, o autoriai teigia, kad šį skaičių galima padidinti naudojant daugiau lazerio spindulių.
Galiausiai, pagreitinto senėjimo eksperimentai rodo, kad įrašyti duomenys, net ir jautresnių fazinių vokselių atveju, gali išlikti stabilūs daugiau nei 10 000 metų. Tai gerokai viršija įprastų archyvinių laikmenų, tokių kaip magnetinės juostos ar standieji diskai, tarnavimo laiką.
Ateitis
Dešimtojo dešimtmečio pabaigoje Vienos technologijos universitetas buvo viena iš nedaugelio laboratorijų visame pasaulyje, turėjusių patirties kurti lazerius, galinčius generuoti femtosekundinius impulsus.
Šiandien, po dešimtmečius trukusios technologinės plėtros, itin greitus lazerius, pasižyminčius pramoniniam naudojimui reikalinga patikimumu, galia ir pasikartojimo dažniu, galima įsigyti be jokių apribojimų.
Tankus, greitas ir energiją taupantis archyvinių duomenų saugojimas yra įdomus šių lazerių pritaikymas realiame pasaulyje. Tobulėjant itin greitajai fotonikai, neabejotina, kad atsiras ir daugiau pritaikymų.
Laser writing in glass for dense, fast and efficient archival data storage, Nature (2026). DOI: 10.1038/s41586-025-10042-w
Journal information: Nature