De mest populära orden 2023 släpptes nyligen, med AI Large Language Model (LLM) som utan tvekan toppar listan. Som en föregångare växte ChatGPT också fram som ett av årets internationella modeord. Dessa störande innovationer inom AI beror mycket på big data, som har spelat en avgörande roll. Ändå har AI samtidigt presenterat nya möjligheter och utmaningar för utvecklingen av big data.
Datalagring med hög kapacitet är oumbärlig i dagens digitala ekonomi. Men stora lagringsenheter som hårddiskar och halvledarflashenheter möter begränsningar när det gäller kostnadseffektivitet, hållbarhet och livslängd.
Optisk datalagring erbjuder en lovande grön lösning för kostnadseffektiv och långsiktig datalagring. Icke desto mindre stöter optisk datalagring på en fundamental begränsning i avståndet mellan närliggande inspelade särdrag, på grund av den optiska diffraktionsgränsen. Denna fysiska begränsning hindrar inte bara vidareutvecklingen av direktlaserskrivmaskiner utan påverkar också optisk mikroskopi och lagringsteknik.
Att bryta den diffraktionsbegränsade barriären rankas som den främsta utmaningen inom fysikområdet, enligt de 125 banbrytande vetenskapliga problemen som släppts av Science 2021. Det är också bland de sju teknikgenombrott som förutspåtts av Nature för 2024 och framåt.
Ett tvärvetenskapligt team ledd av professor Min Gu vid University of Shanghai for Science and Technology (USST) och Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics (SIOM), kinesiska vetenskapsakademin, har framgångsrikt övervunnit denna utmaning.
De publicerade nyligen sin senaste forskningsprestation, med titeln "A 3D nanoscale optical disk memory with petabit-kapacitet," i Nature .
För första gången har forskare visat att optisk datalagringskapacitet kan nå petabit-nivån (Pb) genom att utöka den plana inspelningsarkitekturen till tre dimensioner med hundratals lager, och därigenom bryta den optiska diffraktionsgränsbarriären för de registrerade fläckarna.
Lagringskapaciteten inom området för en skiva i DVD-storlek kan nå upp till Pb-nivå, motsvarande minst 10 000 Blu-ray-diskar eller 100 hårddiskar med hög kapacitet.
Den banbrytande tekniken för tredimensionellt nanoskala optiskt skivminne med petabitkapacitet är revolutionerande. Datauppsättningen bakom GPT, som inkluderar 5,8 miljarder indexerade webbsidor och upptar cirka 56 Pb text, skulle vanligtvis kräva en lekplats med hårddiskar för lagring.
Det tredimensionella optiska skivminnet i nanoskala kan dock krympa detta utrymme till storleken på en stationär dator, vilket avsevärt minskar kostnaderna. Dessutom är energiförbrukningen för optiskt skivminne i nanoskala flera storleksordningar lägre än traditionella metoder, och dess livslängd kan nå upp till 50–100 år.
2013 uppnådde professor Min Gu och hans forskargrupp 9 nanometers direkt laserskrivteknik baserad på dubbelstråleskrivning. Den tyske vetenskapsmannen professor Stefan W. Hell vann 2014 års Nobelpris i kemi för uppfinningen av mikroskopisk avbildningsteknik med dubbelstråle med superupplösning.
Den tredimensionella nanoskala optiska diskminnestekniken publicerad i Nature bryter framgångsrikt den diffraktionsbegränsade barriären för optiskt skrivande och läsning och inleder en ny era för big datas digitala ekonomi.
Mer information: Miao Zhao et al, Ett optiskt minne i 3D-nanoskala med petabitkapacitet, Nature (2024). DOI:10.1038/s41586-023-06980-y
Journalinformation: Vetenskap , Natur
Tillhandahålls av University of Shanghai for Science and Technology
