Маленький стеклянный квадрат, способный хранить 2 миллиона книг на протяжении 10 000 лет

Ученые из Microsoft Research разработали систему Silica для записи и считывания информации в обычных кусочках стекла. Один тонкий квадрат размером с ладонь может вместить объем данных, эквивалентный двум миллионам книг.

В статье, опубликованной сегодня в журнале Nature, исследователи сообщают, что их тесты указывают на сохранность данных в течение более чем 10 000 лет — срок, недостижимый для современных магнитных лент и жестких дисков.

Что могут крошечные импульсы света

Новая система Silica использует предельно короткие вспышки лазерного света для вписывания битов информации в блок обычного стекла. Эти импульсы называются «сверхкороткими» не случайно. Каждый длится всего квадриллионные доли секунды (фемтосекунды). Чтобы осознать этот масштаб: сравнение десяти фемтосекунд с одной минутой подобно сравнению одной минуты со всем возрастом Вселенной.

Эти невероятно короткие вспышки могут использоваться для генерации еще более коротких импульсов длительностью в аттосекунды, позволяющих наблюдать движение электронов внутри атомов и молекул. В 2023 году Нобелевская премия по физике была присуждена за пионерские работы в этой области.

Запись в стекле

Фемтосекундные лазерные импульсы нашли и практическое технологическое применение. Они могут создавать изменения глубоко внутри прозрачных материалов, таких как стекло. Эти лазеры производят свет с длиной волны, которая обычно проходит через стекло без взаимодействия. Однако когда сверхкороткие импульсы этого света фокусируются на определенной области, возникает интенсивное электрическое поле, изменяющее молекулярную структуру стекла в зоне фокусировки.

Это означает, что затрагивается лишь крошечный трехмерный объем, часто менее миллионной доли метра в поперечнике. Он называется «вокселем» и может создаваться в точно контролируемых позициях внутри стекла.

Десятилетия исследований

Идея использования лазерных вокселей для трехмерного хранения данных не нова. Еще в 1990-х годах исследователи изучали объемную оптическую память. В 2014 году ученые из Университета Саутгемптона сообщили о хранении данных в плавленом кварцевом стекле с «кажущимся неограниченным сроком службы». В 2024 году была основана компания для коммерциализации того, что описывается как «5D наноструктурирование стекла».

Их видение «5D кристалла памяти» даже проникло в популярную культуру: подобное устройство появилось в последнем фильме «Миссия невыполнима: Последняя расплата».

Полноценная система

Проект Silica не претендует на новый научный прорыв. Вместо этого команда представляет первую комплексную демонстрацию практической, реальной технологии. Их работа объединяет все ключевые элементы такой платформы хранения на основе фемтосекундных лазеров и стекла: кодирование данных, запись, чтение, декодирование и коррекцию ошибок.

Исследование изучает различные стратегии для надежности, скорости записи, энергоэффективности и плотности данных, включая систематические оценки срока службы данных.

Silica рассмотрела два основных типа лазерных вокселей. Первый состоит из крошечных вытянутых пустот, создаваемых лазерными «микровзрывами» внутри стекла. Они обеспечивают чрезвычайно высокую плотность хранения — 1,59 гигабит на кубический миллиметр. Второй тип включает тонкие изменения локального показателя преломления стекла. Они могут записываться быстрее, используя меньше энергии, но каждый кубический миллиметр стекла вмещает меньше данных.

Ускоренные эксперименты по старению показывают, что записанные данные могут оставаться стабильными более 10 000 лет, что значительно превышает срок службы conventional архивных носителей.

Будущее технологии

Когда автор статьи начинал свою докторскую диссертацию в конце 1990-х годов, лишь несколько лабораторий в мире обладали опытом создания лазеров, способных генерировать фемтосекундные импульсы. Сегодня, после десятилетий технологического развития, ультрабыстрые лазеры с надежностью, мощностью и частотой повторения, необходимыми для промышленного использования, можно купить готовыми.

Плотное, быстрое и энергоэффективное архивное хранение данных — захватывающее реальное применение этих лазеров. По мере продолжения развития ультрабыстрой фотоники последуют и новые применения. Впереди интересные времена.