Jueves, Enero 20, 2022

Un disco óptico 5D podría almacenar 500 TB millones de años

5D-disk

Investigadores de la Universidad de Southampton han desarrollado un método de escritura láser rápido y energéticamente eficiente para producir nanoestructuras de alta densidad en vidrio de sílice. Estas diminutas estructuras se pueden utilizar para el almacenamiento de datos ópticos de cinco dimensiones (5D) a largo plazo, más de 10.000 veces más densas que la tecnología de almacenamiento de discos ópticos Blue-Ray.

Este tipo de almacenamiento de datos usa tres capas de puntos a nanoescala en un disco de vidrio. El tamaño, la orientación y la posición (en tres dimensiones) de los puntos dan las cinco «dimensiones» utilizadas para codificar los datos.

Según los investigadores, un disco 5D aún podría ser legible después de 13.8 mil millones de años, pero sería sorprendente que alguien todavía estuviera cerca para leerlo en ese momento. A corto plazo, los medios ópticos 5D también podrían sobrevivir después de calentarse a 1.000 grados Celsius.

La técnica desarrollada por el investigador de doctorado Yuhao Lei utiliza un láser de femtosegundos de alta tasa de repetición. El proceso comienza con un pulso de siembra que crea un nanovacío, pero el pulso rápido no necesita realmente escribir datos. Los pulsos débiles repetidos explotan un fenómeno conocido como mejora de campo cercano para esculpir nanoestructuras de una manera más suave. Los investigadores evaluaron pulsos de láser a diferentes niveles de potencia y encontraron un nivel que acelera la escritura sin dañar el disco de vidrio de sílice.

El estudio informa una velocidad máxima de datos de un millón de vóxeles por segundo, pero cada bit requiere varios vóxeles en sistemas ópticos 5D. Esto equivale a una velocidad de datos de aproximadamente 230 kilobytes por segundo. En este punto, es posible llenar uno de los discos, cuya capacidad se estima en 500 TB. Se necesitarían aproximadamente dos meses para escribir una cantidad tan grande de datos, después de lo cual no se podría cambiar.

“Los individuos y las organizaciones están generando conjuntos de datos cada vez más grandes, creando una necesidad desesperada de formas más eficientes de almacenamiento de datos con alta capacidad, bajo consumo de energía y una larga vida útil”, dijo el investigador Yuhao Lei, de la Universidad de Southampton, Reino Unido. “Si bien los sistemas basados ​​en la nube están más diseñados para datos temporales, creemos que el almacenamiento de datos 5D en vidrio podría ser útil para el almacenamiento de datos a más largo plazo para archivos nacionales, museos, bibliotecas u organizaciones privadas”, agregó.

Aunque el almacenamiento óptico de datos 5D en materiales transparentes se ha demostrado en el pasado, se ha demostrado que es difícil escribir datos lo suficientemente rápido y con suficiente densidad para aplicaciones del mundo real. Para superar este obstáculo, los investigadores utilizaron un láser de femtosegundos de alta tasa de repetición para crear pozos diminutos que contienen una estructura única similar a una nanolamela que mide solo 500 x 50 nanómetros cada una.

En lugar de usar el láser de femtosegundos para escribir directamente en el vidrio, los investigadores aprovecharon la luz para producir un fenómeno óptico conocido como mejora de campo cercano, en el que se genera una estructura similar a una nanolamela mediante unos pocos pulsos débiles. nano vacío generado por una microexplosión de un solo pulso. El uso de la mejora de campo cercano para fabricar las nanoestructuras ha minimizado el daño térmico que ha sido problemático para otros enfoques que utilizan láseres de alta frecuencia de repetición.

Dado que las nanoestructuras son anisotrópicas, producen una birrefringencia que puede caracterizarse por la orientación del eje lento de la luz (4ª dimensión, correspondiente a la orientación de la estructura en forma de nanolaminado) y la fuerza del retardo (5ª dimensión, definida por la tamaño de la nanoestructura). Cuando los datos se registran en el vidrio, la orientación del eje lento y la fuerza del retardo pueden controlarse mediante la polarización y la intensidad de la luz, respectivamente.

“Este nuevo enfoque mejora la velocidad de escritura de datos a un nivel práctico, de modo que podemos escribir decenas de gigabytes de datos en una cantidad de tiempo razonable”, dijo Lei. Las nanoestructuras de precisión altamente localizadas permiten una mayor capacidad de datos, ya que se pueden escribir más vóxeles en una unidad de volumen. Además, el uso de luz pulsada reduce la energía necesaria para escribir. «

Los investigadores usaron su nuevo método para escribir 5 gigabytes de datos de texto en un disco de vidrio de sílice del tamaño de un disco compacto convencional, con una precisión de lectura de casi el 100%. Cada vóxel contenía cuatro bits de información y ambos vóxeles coincidían con un carácter de texto. Con la densidad de escritura que ofrece el método, el disco podría contener 500 terabytes de datos. Con las actualizaciones del sistema que permiten la escritura paralela, los investigadores dicen que debería ser posible escribir esta cantidad de datos en aproximadamente 60 días.

Con el sistema actual, tenemos la capacidad de preservar terabytes de datos, que podrían usarse, por ejemplo, para preservar la información del ADN de una persona que ahora trabaja para aumentar la velocidad de escritura de su método y hacer que la tecnología se pueda utilizar fuera del laboratorio. También será necesario desarrollar métodos más rápidos de lectura de datos para aplicaciones prácticas de almacenamiento de datos.

 

Fuente: osapublishing | desdelinux

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