Американські дослідники розробили інноваційний спосіб зберігання та зчитування даних, використовуючи окремі атоми, вбудовані у крихітні кристали розміром у кілька міліметрів. Це відкриття може прокласти шлях до надщільних систем зберігання, здатних вміщувати петабайти інформації на одному накопичувачі. Для порівняння, об’єм у 1 петабайт еквівалентний приблизно 5 тисячам фільмів у роздільній здатності 4K.
Про це розповідає ProIT
Технології зберігання на основі квантової фізики
Кодування даних у вигляді одиниць та нулів має глибокі корені в історії обчислювальної техніки. Раніше для цього використовувалися носії з електронними лампами та компакт-диски, а нині науковці звертаються до технологій квантової фізики. У новій розробці дослідники використали електрон, затриманий дефектом у кристалі, де наявність електрона представляє одиницю, а його відсутність – нуль.
Ефективність технології досягається завдяки випромінюванню лазера з точною кількістю енергії, що призводить електрон до збудженого стану. У цей момент зчитувальний пристрій реєструє наявність світла, що свідчить про наявність електрона. Відсутність світла вказує на відсутність електрона. Цей підхід працює лише при наявності відповідних дефектів, таких як киснева вакансія та сторонні домішки, що перетворюють кристал на напівпровідник.
«Ці дефекти надають дуже хороші характеристики. Однією з них є здатність зберігати заряд», — пояснює провідний автор дослідження, науковий співробітник з фізики в університеті Чикаго Леонардо Франса.
Виклики та перспективи
Дослідники використовували іони рідкоземельних металів для зміни властивостей матеріалу. Ключовим було збудження електрона за допомогою іона, що дозволяє його утримання. Леонардо Франса зазначає, що необхідно забезпечити достатню кількість енергії, щоб звільнити електрон із рідкісноземельного іона, а також реагувати на дефект, що його оточує.
Однак однією з основних проблем технології залишається знищення даних під час зчитування. Частковим вирішенням є зменшення кількості світла, що дозволяє обмежити втрату інформації. Як підкреслює Франса, дані з часом можуть зникати, подібно до інформації, що зберігається на стрічках протягом 10-30 років.
Дослідники застосували празеодім і кристал оксиду іттрію, однак для досягнення успіху можливе використання й інших кристалів нерідкоземельних елементів. Рідкоземельні метали мають відомі довжини хвиль, що спрощує збудження електронів за допомогою традиційних лазерів.
«У нашому кристалі, де у нас близько 40 мм³, ми могли б зберігати кілька сотень терабайт», — підкреслив Леонардо Франса.
Дослідники впевнені, що технологія має потенціал масштабування, що може призвести до створення недорогих пристроїв для зберігання даних у великих обсягах. Вже зараз розрахунки показують, що можливо зберігати до 260 терабайтів даних, а збільшення щільності дефектів може дозволити зберігати петабайти на одному пристрої розміром із диск.
