Eternal 5D

Eternal 5D или Superman memory crystal[1] — технология оптической записи информации с очень высокой плотностью и долговечностью, разработанная учёными Исследовательского центра оптоэлектроники (англ. Optoelectronics Research Centre) Саутгемптонского университета[2].

Носитель информации представляет собой наноструктурированный прозрачный материал, запись производится с помощью фемтосекундного лазера, работающего в режиме синхронизации мод[3]. Таким методом возможно записать до 360 терабайт информации на один кристалл[2][4]; расчётный срок хранения информации составляет порядка нескольких миллиардов лет[5][6][7][8].

Разработка технологии

Основной принцип — оптическая запись информации на прозрачный материал, не обладающий особой светочувствительностью, но долговечный — например, кварцевое стекло. Первый эксперимент, показавший практическую возможность сделать это с помощью фемтосекундного лазера в режиме синхронизации мод, был поставлен в 1996 году[1][9][10]. Первая успешная запись 300 килобайт данных была продемонстрирована в 2013 году[11][12].

Для модуляции используются интенсивность, поляризация и длина волны лазерного излучения. Если в кварцевое стекло внедрить наночастицы серебра или золота, для повышения плотности записи информации можно использовать также плазмоны[13][14][15] и самосборку нанорешётки под действием лазерных импульсов[16][17][1]. Такие нанорешётки, включающие в себя слоистые структуры толщиной 20 нм, расположенные в толще материала[18][19][20], оказались устойчивыми при повышенных температурах[21]. Физика процесса самосборки нанорешёток до сих пор не вполне исследована, хотя были попытки дать ему теоретическое объяснение[22][23][1].

Записанные данные располагаются в трёхмерном объёме, расстояние между соседними точками составляет 3,7 мкм, между слоями — 20 мкм. Самособранная наноструктура взаимодействует с оптическим излучением как одноосный кристалл с отрицательным двойным лучепреломлением. Каждая точка, сделанная лазером, помимо положения в трёхмерном пространстве обладает ещё своим направлением оптической оси (влияет на поляризацию излучения) и степенью непрозрачности (влияет на интенсивность излучения). Таким образом, к трём геометрическим пространственным измерениям добавляются ещё два «оптических измерения», и запись данных становится «пятимерной» — потому технология и была названа Eternal 5D[1].

На практике удалось сделать до 18 слоёв записи, используя световые импульсы длительностью 600 фс и энергией 0,2 мкДж, с частотой следования импульсов 500 кГц. Проведённые по результатам тестов расчёты показали время разрушения нанорешётки при температуре 30 ⁰C порядка 3⋅1020±1 лет, при 189 ⁰C — около 13,8⋅109 лет, что сопоставимо с возрастом Вселенной[1].

Применение

Внешние медиафайлы
Изображения
Eternal 5D диск
Видеофайлы
Процесс лазерной записи

В 2015 году на церемонии закрытия Международного года света в Мехико Исследовательский центр оптоэлектроники преподнёс в дар ЮНЕСКО Eternal 5D диск с записью Всеобщей декларации прав человека. На такие же опытные диски были записаны «Оптика» Исаака Ньютона, «Магна Карта» и Библия короля Якова[2].

Разработчики технологии видят возможное практическое применение ей в организациях, которым требуется надёжное длительное хранение больших объёмов данных (библиотеки, архивы, музеи и другие), а в перспективе — для хранения информации за пределами Земли, в жёстких условиях других планет и открытого космоса. Внедрению этого изобретения в серийное коммерческое производство и массовое применение препятствует высокая стоимость записывающего оборудования (особенно фемтосекундных лазеров)[1].

Два подобных диска подарил Илону Маску Arch Mission Foundation. На них записана трилогия романов Айзека Азимова «Основание» (Foundation). Один из дисков Маск отправил в Tesla Roadster к Марсу[24].

Примечания

  1. ↑ 1 2 3 4 5 6 7 Kazansky.
  2. ↑ 1 2 3 Eternal.
  3. ↑ Terra.
  4. ↑ Huebler.
  5. ↑ Zhang.
  6. ↑ Borghino.
  7. ↑ Mullen.
  8. ↑ KazanskyNano.
  9. ↑ Glezer, 1996.
  10. ↑ Watanabe, 1999.
  11. ↑ Superman.
  12. ↑ NewNano.
  13. ↑ Zijlstra, 2009.
  14. ↑ Royon, 2010.
  15. ↑ Podlipensky, 2005.
  16. ↑ Shimotsuma, 2010.
  17. ↑ Zhang, 2014.
  18. ↑ Kazansky, 1999.
  19. ↑ Shimotsuma, 2003.
  20. ↑ Taylor, 2007.
  21. ↑ Bricchi, 2006.
  22. ↑ Richter, 2013.
  23. ↑ Lancry, 2013.
  24. ↑ David Szondy. Tesla Roadster carries Asimov sci-fi classic to the stars  (неопр.). New Atlas (13 февраля 2018). Дата обращения: 13 февраля 2018. Архивировано 25 мая 2019 года.

Литература

  • Glezer E. N., Milosavljevic M., Huang L., Finlay R. J., Her T.-H., Callan J. P., Mazur E. Three-dimensional optical storage inside transparent materials (англ.) // Opt. Lett. — 1996. — Iss. 21. — P. 2023—2025.
  • Watanabe M., Juodkazis S., Sun H. B., Matsuo S., Misawa H., Miwa M., Kaneko R. Transmission and photoluminescence images of three-dimensional memory in vitreous silica (англ.) // Applied Physics Letters. — 1999. — Iss. 74. — P. 3957—3559.
  • Zijlstra P., Chon J. W. M., Gu M. Five-dimensional optical recording mediated by surface plasmons in gold nanorods (англ.) // Nature. — 2009. — Iss. 459. — P. 410—413.
  • Royon A., Bourhis K., Bellec M., Papon G., Bousquet B., Deshayes Y., Cardinal T., Canioni L. Silver clusters embedded in glass as a perennial high capacity optical recording medium (англ.) // Adv. Mater. — 2010. — Iss. 22. — P. 5282—5286.
  • Podlipensky A., Abdolvand A., Seifert G., Graener H. Femtosecond laser assisted production of dichroitic 3D structures in composite glass containing Ag nanoparticles (англ.) // Appl. Phys. — 2005. — Iss. 80. — P. 1647—1652.
  • Shimotsuma Y., Sakakura M., Kazansky P. G., Beresna M., Qiu J., Miura K., Hirao K. Ultrafast manipulation of self-assembled form birefringence in glass (англ.) // Adv. Mater. — 2010. — Iss. 22. — P. 4039—4043.
  • Zhang J., Gecevičius M., Beresna M., Kazansky P. G. Seemingly unlimited lifetime data storage in nanostructured glass (англ.) // Phys. Rev. Lett. — 2014. — Iss. 112. — P. 033—901.
  • Kazansky P. G., Inouye H., Mitsuyu T., Miura K., Qiu J., Hirao K., Starrost F. Anomalous anisotropic light scattering in Ge-doped silica glass (англ.) // Phys. Rev. Lett. — 1999. — Iss. 82. — P. 2199—2202.
  • Shimotsuma Y., Kazansky P. G., Qiu J., Hirao K. Self-organized nanogratings in glass irradiated by ultrashort light pulses (англ.) // Phys. Rev. Lett. — 2003. — Iss. 91. — P. 247—705.
  • Taylor R. S., Hnatovsky C., Simova E., Rajeev P. P., Rayner D. M., Corkum P. B. Femtosecond laser erasing and rewriting of self-organized planar nanocracks in fused silica glass (англ.) // Opt. Lett. — 2007. — Iss. 32. — P. 2888—2890.
  • Bricchi E., Kazansky P. G. Extraordinary stability of anisotropic femtosecond direct-written structures embedded in silica glass (англ.) // Appl. Phys. Lett. — 2006. — Iss. 88. — P. 111—119.
  • Richter S., Miese C., Döring S., Zimmermann F., Withford M. J., Tünnermann A., Nolte S. Laser induced nanogratings beyond fused silica—periodic nanostructures in borosilicate glasses and ULETM (англ.) // Opt. Mater. Express. — 2013. — Iss. 3. — P. 1161—1166.
  • Lancry M., Poumellec B., Canning J., Cook K., Poulin J.-C., Brisset F. Ultrafast nanoporous silica formation driven by femtosecond laser irradiation (англ.) // Laser Photon. Rev. — 2013. — Iss. 7. — P. 953—962.
  • Zhang J., Cerkauskaite A., Drevinskas R., Patel A., Beresna M., Kazansky P. Eternal 5D data storage by ultrafast laser writing in glass (англ.) // Proc. SPIE 9736, 97360U. — 2016. — doi:10.1117/12.2220600.
  • Official 5D Memory Crystal website

Ссылки

  • Kazansky, P (2016-03-11). "Eternal 5D data storage via ultrafast-laser writing in glass" (англ.). SPIE Newsroom. Дата обращения: 11 августа 2017.
  • Kazansky, Peter Nanostructures in glass will store data for billions of years (англ.). SPIE Newsroom (11 марта 2016).
  • "Cristais de memória do Superman" armazenam até 360TB por 1 milhão de anos (порт.). Terra (11 ноября 2013). Дата обращения: 11 августа 2017.
  • Eternal 5D data storage could record the history of humankind (англ.). University of Southampton (18 февраля 2016). Дата обращения: 11 августа 2017.
  • Huebler, Kevin (2016-02-21). "Superman memory crystal lets you store 360TB worth of data" (англ.). CNBC. Дата обращения: 11 августа 2017.
  • Zhang, Jingyu (2013-07-10). "5D nanostructured quartz glass optical memory could provide 'unlimited' data storage for a million years" (англ.). Kurzweil Accelerating Intelligence. Дата обращения: 11 августа 2017.
  • Borghino, Dario (2013-07-10). ""Superman memory crystal" could store hundreds of terabytes indefinitely" (англ.). New Atlas. Дата обращения: 11 августа 2017.
  • Mullen, Jethro (2016-02-17). "New 'Superman' crystals can store data for billions of years". CNN-Tech (англ.). CNN. Дата обращения: 11 августа 2017.
  • 5D ‘Superman memory’ crystal could lead to unlimited lifetime data storage (англ.). University of Southampton (10 июля 2013). Дата обращения: 11 августа 2017.
  • New nanostructured glass for imaging and recording developed (англ.). phys.org (15 августа 2011). Дата обращения: 11 августа 2017.