Исследователи продемонстрировали 3D-наноразмерную оптическую дисковую память с петабитной емкостью: как это сделает хранение данных дешевле и надежнее

Большие данные — это один из ключевых факторов, определяющих развитие искусственного интеллекта (ИИ) в наше время. Без больших объемов информации, которые можно обрабатывать, анализировать и использовать для обучения, ИИ не смог бы достичь такого уровня продвинутости, как сейчас. Например, одна из самых популярных больших языковых моделей, ChatGPT, основана на анализе миллиардов веб-страниц и текстов, чтобы генерировать естественную и связную речь.

Однако большие данные также ставят перед нами серьезные проблемы, связанные с хранением, передачей и защитой этой информации. Существующие устройства хранения, такие как жесткие диски и флеш-накопители, имеют ряд недостатков, таких как высокая стоимость, низкая долговечность, ограниченная емкость и высокое энергопотребление. Кроме того, эти устройства подвержены физическому износу, воздействию магнитных полей, вирусам и хакерским атакам.

В поисках альтернативы ученые обратили свой взгляд на оптическую память, которая использует лазерный луч для записи и чтения данных на оптических носителях, таких как диски. Оптическая память имеет ряд преимуществ перед традиционными методами, таких как низкая стоимость, высокая стабильность, долгий срок хранения и экологичность. Однако оптическая память также сталкивается с фундаментальным ограничением — дифракционным пределом, который определяет минимальный размер записываемого элемента, зависящий от длины волны лазера. Это ограничение снижает потенциальную емкость оптической памяти и затрудняет ее применение для хранения больших данных.

Преодоление дифракционного предела является одной из самых сложных и важных задач в современной физике. В 2014 году Нобелевскую премию по химии получил профессор Стефан В. Хелл за разработку метода сверхразрешающей микроскопии, который позволяет видеть объекты меньше, чем длина волны света. Этот метод основан на использовании двух лазерных лучей, один из которых возбуждает, а другой подавляет свечение молекул. Таким образом, можно получить изображение с разрешением до нескольких нанометров.

Вдохновленные этим открытием, китайские ученые под руководством профессора Мина Гу адаптировали этот метод для оптической записи и чтения данных. Они создали трехмерную наномасштабную оптическую дисковую память с петабитной емкостью, которая может записывать и читать данные с разрешением до 9 нанометров, что в 100 раз меньше, чем длина волны лазера. Это достижение было опубликовано в журнале Nature в 2024 году.

Трехмерная наномасштабная оптическая дисковая память основана на принципе многослойной записи, когда данные записываются на сотни слоев оптического диска, а не только на его поверхность. Это позволяет увеличить емкость хранения в десятки раз. Кроме того, эта память использует специальный материал, который меняет свою прозрачность под воздействием лазера, что обеспечивает высокую контрастность и четкость записи. Таким образом, емкость хранения в области диска размером с DVD может достигать до петабита, что эквивалентно как минимум 10 000 дискам Blu-ray или 100 высокоемким жестким дискам.

Эта технология имеет огромный потенциал для решения проблемы хранения больших данных. Например, набор данных для GPT, который занимает около 56 петабит текста, обычно требует количество жестких дисков для хранения, сравнимое с площадью игровой площадки. Однако трехмерная наномасштабная оптическая дисковая память может уменьшить это пространство до размера настольного компьютера, значительно снижая затраты. Кроме того, эта память имеет низкое энергопотребление, высокую надежность и долгий срок хранения, который может достигать 50-100 лет.

Трехмерная наномасштабная оптическая дисковая память является революционным прорывом в области оптической записи и чтения, который открывает новые возможности для цифровой экономики больших данных. Эта технология может способствовать развитию искусственного интеллекта, науки, образования, медицины, культуры и других сфер жизни.