Szkło kwarcowe, które zmieści 350 TB danych

Żyjemy w czasach informacji. Powstaje ich tak duża ilość, że coraz trudniej je wszystkie przechowywać. Naukowcy starają się nadążać za potrzebami współczesnego społeczeństwa informacyjnego i wynaleźć nowe nośniki do zapisu danych, które nie tylko pozwolą na przechowanie większej ilości informacji, ale również będą trwalsze. W chwili obecnej wykorzystuje się trzy technologie zapisu: optyczną (CD, DVD, BlueRay), magnetyczną (dyski) i półprzewodnikową (SSD, pamięci RAM, flash). Mimo, że są one dość szybkie, to nie należą do zbyt trwałych. Według producentów płyty DVD powinno się odczytywać do 25 lat, BlueRay do lat 15, a co potem?

W 2012 roku firma Hitachi zaproponowała, aby przechowywać informacje w szkle kwarcowym. Na kwadracie o boku 2 cm i grubości 2 mm zapisano 40 MB danych. Zapis polegał na wypaleniu laserem mikroskopijnych punktów ułożonych w trzech warstwach, które reprezentowały bity informacji. W chwili obecnej zespół naukowy Hitachi został wyprzedzony przez naukowców z Uniwersytetu Southampton w Wielkiej Brytanii. Udało im się stworzyć płytę ze szkła kwarcowego, która poprzez zapis w pięciu wymiarach będzie w stanie pomieścić do 360 TB danych.

Jak udało się osiągnąć zapis 5D? Na pierwszy rzut oka pomysł pięciu wymiarów wydaje się być abstrakcyjnym, jednak jest to możliwe. Otóż w szkle kwarcowym mamy dwa zwykłe wymiary (szerokość, wysokość), trzeci wymiar – głębokość – stworzona jest poprzez zapis trzech ścieżek w szkle. Wymiar czwarty i piąty dostarczane są przez zmianę nanostruktury powierzchni szkła kwarcowego (zachodzą tutaj zjawiska refrakcji i polaryzacji światła).

Nagrywanie danych odbywa się poprzez naniesienie punktów laserem femtosekundowym. W tym przypadku czas wypalania wiązką laserową trwa jedynie 280 femtosekund. Punkty te, dzięki zmianie nanostruktury powierzchni szkła, mogą zapisać do 3 bitów danych w dwóch wymiarach. Następnie poprzez zmianę ustawień lasera naukowcy są w stanie stworzyć warstwę punktów, które są oddzielone od siebie o 0,005 mm w osi Z – czyli trzecim wymiarze. Potem wystarczy przesuwać laser w pionie i poziomie, aby trzybitowe punkty z danymi zostały zmagazynowane w dodatkowych dwóch wymiarach. W rezultacie osiągamy wynik 5D – czyli naszych pięciu wymiarów.

Aby odczytać zapisane informacje potrzebny jest mikroskop optyczny, który jest w stanie rozróżnić odbite od używanych trzybitowych punktów światło spolaryzowane.

To niesamowite możliwości jeśli chodzi o zapisywanie danych, a gdy mówimy o szkle kwarcowym należy również pamiętać o jego wyjątkowej wytrzymałości. Naukowcy z Southampton poddali testowi wytrzymałość zapisanych informacji. Potraktowali próbkę z danymi temperaturą 1000 stopni Celsjusza. Wypalone laserem punkty nie uległy zniszczeniu pod jej wpływem. Szkło kwarcowe jako takie nie ulega również utlenieniu, jest niewrażliwe na promieniowanie radioaktywne, światło, pole magnetyczne i wiele substancji chemicznych. Jeśli uda się skomercjalizować to osiągnięcie, to dane które zapiszemy będą w stanie przeżyć kilka, jeśli nie kilkadziesiąt, przyszłych pokoleń użytkowników.

Źródło: http://www.orc.soton.ac.uk/