Revolucija u svetu nauke: Kvantni CD bi imao kapacitet do 1.000 puta veći od današnjih diskova

Naučnici su osmislili novu vrstu uređaja za skladištenje podataka koji koristi moćne osobine kvantne mehanike. Ova optička memorija ultra-visoke gustine sastojaće se od brojnih memorijskih ćelija, od kojih svaka sadrži retke zemne elemente ugrađene u čvrsti materijal — kristale magnezijum oksida (MgO).

Ovi retki zemni elementi emituju fotone, ili čestice svetlosti, koje apsorbuju obližnji "kvantni defekti" - praznine u kristalnoj rešetki koje sadrže nevezane elektrone.

Ovi elektroni postaju uzbuđeni usled apsorpcije svetlosti, čime se omogućava skladištenje podataka na novom nivou gustine, piše Live science.

Ograničenja trenutnih optičkih metoda skladištenja

Aktuelne metode optičkog skladištenja, kao što su CD i DVD, suočavaju se sa ograničenjima difrakcionog limita svetlosti. To znači da jedan podatak sačuvan na uređaju, ne može biti manji od talasne dužine lasera koji čita i piše podatke. Ovo ograničenje je jedan od glavnih razloga zašto trenutne optičke tehnologije imaju limitirane kapacitete skladištenja.

Naučnici su hipotetisali da bi optički diskovi mogli sadržati više podataka unutar iste površine koristeći tehniku pod nazivom "množenje talasnih dužina", pri čemu se koriste neznatno drugačije talasne dužine svetlosti u kombinaciji. Ova tehnika može značajno povećati kapacitet skladištenja.

Tehnološka inovacija i njeni principi

U svom istraživanju, koje je objavljeno u časopisu Physical Review Research, naučnici su predložili da bi magnezijum oksid (MgO) mogao biti prožet uskim opsezima retkih zemnih emitera. Ovi elementi emituju svetlost na specifičnim talasnim dužinama, što bi omogućilo gusto pakovanje podataka.

- Razradili smo osnovnu fiziku koja leži iza toga kako bi prenos energije između defekata mogao da bude osnova izuzetno efikasne optičke metode skladištenja - istakla je Đulija Gali, koautor studije i profesorka na Pricker školi molekularnog inženjerstva Univerziteta u Čikagu.

Zanimljivo je da su naučnici modelovali kako svetlost širi na nanometarskom nivou, kako bi razumeli energiju koja prelazi između retkih zemnih emitera i kvantnih defekata unutar materijala. Ovaj korak je ključan, jer prethodna istraživanja nisu proučavala kako se ponašanje kvantnih defekata menja kada je izvor svetlosti izuzetno blizu, kao što su uski opsezi retkih zemnih emitera ugrađeni nekoliko nanometara daleko.

Dimenzije fotona i njihova uloga

U ovom kontekstu, fotoni koji se koriste u novom pristupu su mnogo manji od konvencionalnih laser fotona. U poređenju, fotoni iz konvencionalnog optičkog ili bliskog infracrvenog lasera obično su u rasponu od 500 nm do 1 mikrometar. Ovaj aspekt istraživanja može dovesti do uređaja za skladištenje podataka koji su 1.000 puta gušći nego što je to ranije bilo moguće. Ova značajna promena u gustini skladištenja podataka može značiti revoluciju u načinu na koji čuvamo informacije.

Istraživači su otkrili da kada kvantni defekti apsorbuju uski opseg energije emitovane iz obližnjih retkih zemnih elemenata, postaju pobuđeni iz svog osnovnog stanja i prelaze u spin stanje. Ovaj proces je teško reverzibilan, što znači da bi ovi defekti potencijalno mogli da čuvaju podatke određeni period. Iako su potrebna dalja istraživanja da bi se utvrdilo koliko dugo ovo uzbuđeno stanje može trajati, ovo otkriće otvara nova vrata za razvoj naprednih skladišnih tehnologija.

Foto: Shutterstock

 

Izazovi i budućnost tehnologije

Većina kvantnih tehnologija funkcioniše na blizu apsolutne nule, što potiskuje dekohereciju i dekolaciju, korupciju i gubitak informacija u kvantnom sistemu. Da bi tehnologija zasnovana na ovom istraživanju bila održiva, morala bi da funkcioniše na sobnoj temperaturi.

- Da bismo počeli primenjivati ovo u razvoju optičke memorije, još uvek moramo odgovoriti na dodatna osnovna pitanja o tome koliko dugo ovo uzbuđeno stanje ostaje i kako da očitamo podatke - dodaje koautor Svarnaba Čataraj, postdoktorski istraživač u Nacionalnoj Laboratoriji Argon.

Razumevanje ovog procesa prenosa energije u blizini predstavlja ogroman prvi korak ka razvoju revolucionarnih tehnologija za skladištenje podataka. Ova istraživanja ne samo da bi mogla da unaprede trenutne metode skladištenja, već i da otvore nove mogućnosti u oblasti kvantne tehnologije i računarstva. Sa ovim napretkom, možemo očekivati nove proizvode i uređaje koji će redefinisati granice skladištenja podataka i uticati na način na koji interagujemo sa informacijama u budućnosti.