Neviditelná revoluce: Jak se data vejdou do krystalu menšího než zrnko písku?
Zdroj: Shutterstock
Lidstvo vždy hledalo způsoby, jak efektivněji ukládat informace – od děrných štítků přes magnetické pásky až po dnešní SSD disky. Nyní se však blíží zcela nová éra. Vědci objevili způsob, jak využít atomové defekty v krystalech k uchovávání dat s nevídanou hustotou a životností. Představte si paměťový čip o velikosti zrnka písku, který pojme biliony bitů a vydrží tisíce let bez degradace. Tento objev by mohl zásadně změnit nejen běžná úložiště, ale i budoucnost kvantových počítačů a dlouhodobé archivace dat.
Od počátků výpočetní techniky lidstvo neustále hledá efektivnější způsoby, jak ukládat a zpracovávat informace. Děrné štítky používané v 19. století položily základy pro první mechanizované výpočty, zatímco magnetické pásky, pevné disky a polovodičové paměti postupně posouvaly hranice toho, co si můžeme uložit do našich počítačů, mobilních telefonů a cloudových úložišť.
Přestože dnešní technologie nabízejí neuvěřitelnou kapacitu úložišť, současné metody mají své limity. Tranzistory v pevných discích a flash pamětích už téměř dosáhly svého fyzikálního minima a poptávka po stále větší hustotě dat roste exponenciálně. Řešení by mohlo přijít ze zcela nového směru – z manipulace s jednotlivými atomy a jejich vadami v krystalech. Tým vědců z University of Chicago odhalil revoluční metodu ukládání dat pomocí defektů v krystalové struktuře, což otevírá dveře k nové éře datových úložišť.
Atomové defekty jako nové paměťové buňky
Vědecký průlom spočívá v tom, že jednotlivé chybějící atomy v krystalech lze využít jako základní paměťové buňky. Tento přístup se liší od tradičních metod ukládání dat, kde je potřeba specifický fyzický přepínač mezi stavem „zapnuto“ (1) a „vypnuto“ (0). Místo toho zde vědci pracují s drobnými nedokonalostmi ve struktuře krystalů, které mohou být řízeny pomocí světla.
Podle profesora Tiana Zhonga, vedoucího výzkumu, každá taková paměťová buňka odpovídá jediné atomové vadě, což znamená, že do malého milimetrového krystalu je možné uložit biliony bitů dat. Tento přístup otevírá cestu k ultra-kompaktním úložištím s kapacitou, která dalece přesahuje dnešní technologie.
Jak to funguje?
Princip fungování této technologie je překvapivě elegantní. Krystal je obohacen ionty vzácných zemin, jako je praseodym v kombinaci s oxidem yttritým. Tyto prvky mají výjimečné optické vlastnosti, což znamená, že jejich stav lze měnit pomocí světla určité vlnové délky.
Proces ukládání dat probíhá následovně:
- Osvětlení laserem – Použitím ultrafialového laseru se excitují elektrony v krystalu.
- Zachycení elektronů – Uvolněné elektrony jsou zachyceny defekty v krystalové struktuře.
- Čtení dat – Pomocí optických metod lze následně určit, které defekty obsahují zachycené elektrony (stav 1) a které nikoliv (stav 0), což umožňuje rekonstrukci uložených informací.
Tento koncept umožňuje ukládat data v neuvěřitelně malé fyzické velikosti, čímž se potenciálně dostáváme k úložištím o kapacitě terabytů v miniaturních čipech.
Zdroj: Shutterstock
Od radiačních dozimetrů k revolučním pamětem
Tento revoluční objev nevznikl ve vzduchoprázdnu. Výzkum začal jako součást vývoje radiačních dozimetrů – zařízení používaných k měření množství absorbovaného záření, například v nemocnicích nebo jaderných elektrárnách. Vědci zjistili, že některé materiály mají schopnost absorbovat záření a uchovávat tuto informaci po určitou dobu.
Využitím podobných principů a aplikací optických metod si výzkumný tým uvědomil, že lze tímto způsobem uchovávat a číst digitální data. Přestože se tento výzkum opírá o kvantové technologie, samotná metoda není kvantová ve smyslu využívání kvantové superpozice nebo propletení. Jde o klasickou technologii inspirovanou kvantovými jevy.
Zdroje:
