מעבר לגבול: מדענים סינים שברו את מחסום גבול העקיפה האופטית

המילים הפופולריות ביותר של 2023 פורסמו לאחרונה, כאשר AI Large Language Model (LLM) ללא ספק בראש הרשימה. בתור מוביל, ChatGPT התגלה גם כאחת ממילות הבאזז הבינלאומיות של השנה. החידושים המשבשים האלה ב-AI חייבים הרבה לנתונים גדולים, שמילאו תפקיד מרכזי. עם זאת, AI הציגה בו זמנית הזדמנויות ואתגרים חדשים לפיתוח ביג דאטה.

אחסון נתונים בעל קיבולת גבוהה הוא הכרחי בכלכלה הדיגיטלית של ימינו. עם זאת, התקני אחסון גדולים כמו כונני דיסק קשיח והתקני הבזק מוליכים למחצה עומדים בפני מגבלות מבחינת עלות-תועלת, עמידות ואריכות ימים. אחסון נתונים אופטי מציע פתרון ירוק ומבטיח לאחסון נתונים חסכוני וארוך טווח. אף על פי כן, אחסון נתונים אופטי נתקל במגבלה בסיסית במרווח של תכונות מוקלטות סמוכות, בשל מגבלת העקיפה האופטית. אילוץ פיזי זה לא רק מונע את המשך הפיתוח של מכונות כתיבה בלייזר ישיר אלא גם משפיע על מיקרוסקופיה אופטית וטכנולוגיית אחסון.

שוברים את המחסום

שבירת המחסום המוגבל בעקיפה נחשבת לאתגר החשוב ביותר בתחום הפיזיקה, על פי 125 הבעיות המדעיות החדישות שפורסמו על ידי מַדָע בשנת 2021. זה גם בין שבע פריצות הדרך הטכנולוגיות שנחזו על ידי טֶבַע לשנת 2024 ואילך.

צוות רב תחומי בראשות פרופסור מין גו מאוניברסיטת שנגחאי למדע וטכנולוגיה (USST) והמכון של שנחאי לאופטיקה ומכניקה עדינה (SIOM), האקדמיה הסינית למדעים, התגבר בהצלחה על האתגר הזה. לאחרונה הם פרסמו את הישג המחקר האחרון שלהם, שכותרתו "תלת מימד ננומטרי זיכרון דיסק אופטי עם קיבולת Petabit," ב טֶבַע.

בפעם הראשונה, חוקרים הוכיחו כי קיבולת אחסון נתונים אופטי יכולה להגיע לרמת petabit (Pb) על ידי הרחבת ארכיטקטורת ההקלטה המישורית לתלת מימד עם מאות שכבות, ובכך לשבור את מחסום גבול העקיפה האופטית של הכתמים המוקלטים. קיבולת האחסון בשטח של דיסק בגודל DVD יכולה להגיע עד לרמת Pb, שווה ערך לפחות ל-10,000 תקליטורי Blu-ray או 100 כוננים קשיחים בעלי קיבולת גבוהה. המחברים המקבילים של המאמר הם פרופסור מין גו, מנהל המכון לשבבים פוטוניים, פרופסור ג'ינג וון ב-USST ופרופסור האו רואן ב-SIOM. ד"ר מיאו ז'או, פוסט-דוקטורט ב-SIOM, ופרופסור ג'ינג וון מ-USST רשומים שניהם כמחברים ראשונים.

פתרון אחסון מהפכני

הטכנולוגיה פורצת הדרך של זיכרון דיסק אופטי תלת מימדי בקנה מידה ננו עם קיבולת Petabit היא מהפכנית. מערך הנתונים שמאחורי GPT, הכולל 5.8 מיליארד דפי אינטרנט באינדקס ותופס כ-56Pb של טקסט, ידרוש בדרך כלל אזור משחקים של כוננים קשיחים לאחסון. עם זאת, זיכרון הדיסק האופטי התלת מימדי בקנה מידה ננומטרי יכול לכווץ את השטח הזה לגודל של מחשב שולחני, ולהפחית משמעותית את העלויות. יתרה מכך, צריכת האנרגיה של זיכרון דיסק אופטי בקנה מידה ננו נמוך בכמה סדרי גודל משיטות מסורתיות, ואורך החיים שלו יכול להגיע עד 50-100 שנים.

בשנת 2013, פרופסור מין גו וצוות המחקר שלו השיגו טכנולוגיית כתיבה בלייזר ישירה של 9 ננומטר המבוססת על כתיבת אלומה כפולה. המדען הגרמני פרופסור סטפן וו. הל זכה בפרס נובל לכימיה לשנת 2014 על המצאת טכנולוגיית הדמיה מיקרוסקופית ברזולוציית-על כפולה. טכנולוגיית זיכרון הדיסק האופטי בקנה מידה ננו-מימדי שפורסמה ב-Nature פורצת בהצלחה את המחסום המוגבלת בעקיפה לכתיבה וקריאה אופטיים, ומכניסה עידן חדש לכלכלה הדיגיטלית של ביג דאטה.