Американские исследователи разработали инновационный способ хранения и считывания данных, используя отдельные атомы, встроенные в крошечные кристаллы размером в несколько миллиметров. Это открытие может проложить путь к сверхплотным системам хранения, способным вмещать петабайты информации на одном накопителе. Для сравнения, объем в 1 петабайт эквивалентен примерно 5 тысячам фильмов в разрешении 4K.
Об этом сообщает ProIT
Технологии хранения на основе квантовой физики
Кодирование данных в виде единиц и нулей имеет глубокие корни в истории вычислительной техники. Ранее для этого использовались носители с электронными лампами и компакт-диски, а ныне ученые обращаются к технологиям квантовой физики. В новой разработке исследователи использовали электрон, задержанный дефектом в кристалле, где наличие электрона представляет единицу, а его отсутствие – ноль.
Эффективность технологии достигается благодаря излучению лазера с точным количеством энергии, что приводит электрон в возбужденное состояние. В этот момент считывающее устройство регистрирует наличие света, свидетельствующего о наличии электрона. Отсутствие света указывает на отсутствие электрона. Этот подход работает лишь при наличии соответствующих дефектов, таких как кислородная вакансии и посторонние примеси, которые превращают кристалл в полупроводник.
«Эти дефекты придают очень хорошие характеристики. Одной из них является способность сохранять заряд», — объясняет ведущий автор исследования, научный сотрудник по физике в университете Чикаго Леонардо Франса.
Вызовы и перспективы
Исследователи использовали ионы редкоземельных металлов для изменения свойств материала. Ключевым было возбуждение электрона с помощью иона, что позволяет его удержание. Леонардо Франса отмечает, что необходимо обеспечить достаточное количество энергии, чтобы освободить электрон из редкоземельного иона, а также реагировать на дефект, который его окружает.
Однако одной из основных проблем технологии остается уничтожение данных во время считывания. Частичным решением является уменьшение количества света, что позволяет ограничить потерю информации. Как подчеркивает Франса, данные со временем могут исчезать, подобно информации, хранящейся на лентах в течение 10-30 лет.
Исследователи применили празеодим и кристалл оксида иттрия, однако для достижения успеха возможно использование и других кристаллов нердкоземельных элементов. Редкоземельные металлы имеют известные длины волн, что упрощает возбуждение электронов с помощью традиционных лазеров.
«В нашем кристалле, где у нас около 40 мм³, мы могли бы хранить несколько сотен терабайт», — подчеркнул Леонардо Франса.
Исследователи уверены, что технология имеет потенциал масштабирования, что может привести к созданию недорогих устройств для хранения данных в больших объемах. Уже сейчас расчеты показывают, что возможно хранить до 260 терабайт данных, а увеличение плотности дефектов может позволить хранить петабайты на одном устройстве размером с диск.