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單張盤相當(dāng)于一萬張藍(lán)光光盤!我國在光存儲領(lǐng)域獲重要突破
近日,中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所(以下簡稱上海光機(jī)所)阮昊研究員團(tuán)隊(duì)和上海理工大學(xué)顧敏院士等科研人員,利用國際首創(chuàng)的雙光束調(diào)控聚集誘導(dǎo)發(fā)光超分辨光存儲技術(shù),在信息寫入和讀出方面均突破了衍射極限的限制,提出了綠色、長壽命的大數(shù)據(jù)存儲解決方案,研究成果于2月22日發(fā)表在《自然》正刊上。
納米光子存儲示意圖。受訪對象供圖
科研人員利用雙光束光存儲技術(shù)突破光學(xué)衍射極限的限制,首次證實(shí)可以在三維空間實(shí)現(xiàn)多至百層的、超分辨尺寸下的信息點(diǎn)的寫入和讀出。這項(xiàng)新技術(shù)可以讓單張盤容量高達(dá)Pb級,相當(dāng)于至少一萬張藍(lán)光光盤的容量。
有研究表明,以50年為使用周期估算,采用光存儲的平均成本相較于硬盤可以減少兩個(gè)數(shù)量級,達(dá)到“以一抵百”的效果。
僅僅20克透明輕薄的光盤。1張光盤可替代海量存儲設(shè)備。圖源:《自然》。受訪對象供圖
上海光機(jī)所空天激光技術(shù)與系統(tǒng)部阮昊研究員解釋,光存儲技術(shù)具有綠色節(jié)能、安全可靠、壽命長的獨(dú)特優(yōu)勢,非常適合長期低成本存儲海量數(shù)據(jù)。然而受到衍射極限的限制,傳統(tǒng)商用光盤的最大容量僅在百GB量級。在信息量日益增長的大數(shù)據(jù)時(shí)代,突破衍射極限、縮小信息點(diǎn)尺寸、提高單盤存儲容量長久以來一直都是光存儲領(lǐng)域的追求。
1994年德國科學(xué)家Stefan W.Hell提出受激輻射損耗顯微技術(shù),首次證明在成像領(lǐng)域光學(xué)衍射極限能夠被打破,并在2014年獲得諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng),經(jīng)過20多年的發(fā)展,在顯微成像、激光納米直寫等多個(gè)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了光學(xué)超分辨成果,信息的超分辨寫入已得到解決。
然而,發(fā)展可同步實(shí)現(xiàn)超分辨寫、超分辨讀、三維存儲及長壽命介質(zhì),仍是10多年來光存儲研究領(lǐng)域亟待解決的難題。
上海理工大學(xué)光子芯片研究院院長顧敏介紹,以深度學(xué)習(xí)模型ChatGPT為例,其背后的數(shù)據(jù)集,如總索引網(wǎng)頁數(shù)量多達(dá)58億,整個(gè)互聯(lián)網(wǎng)的文本大小約為56Pb,如果用1TB容量的移動硬盤存儲這些數(shù)據(jù),用到的硬盤平鋪開相當(dāng)于一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)田徑場那么大。而此次科研團(tuán)隊(duì)開發(fā)的三維納米光子存儲可將存儲空間節(jié)省至一臺電腦大小,極大地降低了經(jīng)濟(jì)成本。
“我們解決了光存儲領(lǐng)域信息寫入和讀出均受衍射極限限制的問題,實(shí)現(xiàn)了超分辨的記錄,極大地提高了光存儲的密度和容量。單盤的容量可達(dá)到1.6Pb,相當(dāng)于1萬張藍(lán)光光盤,這是一個(gè)突破性的進(jìn)展,為大數(shù)據(jù)存儲提供了綠色節(jié)能長壽命的方案?!毖芯咳藛T表示。
Pb級光盤制備及讀寫方式示意圖。圖源:《自然》。受訪對象供圖
像激光直寫、光學(xué)顯微技術(shù)、光存儲技術(shù)等,無一不被光學(xué)衍射極限所限制。2021年《科學(xué)》雜志發(fā)布的全世界最前沿的125個(gè)科學(xué)問題中,光學(xué)衍射極限高居物理領(lǐng)域首位,同時(shí)也是2024年《自然》最新發(fā)布的將在未來一年關(guān)注的7個(gè)技術(shù)領(lǐng)域之一。納米光子存儲技術(shù)的提出,不僅在光存儲領(lǐng)域成功突破了光學(xué)衍射極限這一物理學(xué)難題,有助于我國在存儲領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)突破,未來也有望在航空航天、生物醫(yī)學(xué)、衛(wèi)星通信等領(lǐng)域大顯身手。
未來,研究團(tuán)隊(duì)將加快原始創(chuàng)新和關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān),推動超大容量光存儲的集成化和產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程,并拓展其在光顯微成像、光顯示、光信息處理等領(lǐng)域的交叉應(yīng)用,產(chǎn)出更多創(chuàng)新成果。
(科技日報(bào)記者 王春)
- 原標(biāo)題:單張盤相當(dāng)于一萬張藍(lán)光光盤 我國科研團(tuán)隊(duì)在數(shù)據(jù)存儲技術(shù)領(lǐng)域取得重要突破
- 責(zé)任編輯: 林琛力 
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