Đột phá: Lưu trữ 5.000 bộ phim 4K trên tinh thể nhỏ hơn đầu ngón tay

Lưu trữ dữ liệu bằng tinh thể: Bước nhảy vọt về công nghệ

Theo nghiên cứu mới công bố trên tạp chí Nanophotonics, các nhà khoa học đã phát triển một phương pháp sử dụng electron mắc kẹt trong các khuyết tật của tinh thể để lưu trữ dữ liệu.

Với cách tiếp cận này, một tinh thể nhỏ chỉ vài milimet có thể lưu trữ tới 260 terabyte dữ liệu, tương đương khoảng 5.000 bộ phim 4K. Nếu tiếp tục tối ưu hóa, dung lượng này có thể đạt đến hàng petabyte, mở ra kỷ nguyên mới cho lưu trữ dữ liệu.

Công nghệ này hoạt động bằng cách sử dụng tia laser chiếu vào tinh thể, cung cấp đủ năng lượng để giải phóng electron khỏi ion đất hiếm. Electron này sau đó bị giữ lại trong một vị trí lỗi gần đó trong tinh thể, tương tự như cách dữ liệu được ghi trên đĩa CD.

Khi cần đọc dữ liệu, một nguồn ánh sáng khác sẽ kích thích electron thoát khỏi vị trí lỗi, giải phóng năng lượng dưới dạng ánh sáng mà hệ thống có thể giải mã thành dữ liệu số.

Từ transistor đến lượng tử: Cuộc cách mạng lưu trữ dữ liệu

Từ những ngày đầu của ngành máy tính, dữ liệu đã được mã hóa dưới dạng hai giá trị 0 và 1. Các phương thức lưu trữ từng thay đổi qua nhiều thập kỷ, từ bóng đèn chân không, transistor điện tử, đến đĩa CD và ổ cứng thể rắn.

Tuy nhiên, khi nhu cầu lưu trữ ngày càng tăng mạnh, các nhà khoa học đã hướng đến thế giới vi mô để tìm kiếm giải pháp mới.

Theo Tiến sĩ Leonardo França, nhà nghiên cứu tại Đại học Chicago và là tác giả chính của nghiên cứu, công nghệ này kết hợp kỹ thuật lượng tử với vật lý trạng thái rắn để tạo ra bộ nhớ có mật độ cao, chi phí thấp và có thể mở rộng quy mô dễ dàng.

Ưu điểm và thách thức của công nghệ lưu trữ lượng tử

Ưu điểm lớn nhất của công nghệ này là mật độ lưu trữ cực cao, sử dụng các tinh thể nhỏ nhưng có thể lưu trữ lượng dữ liệu khổng lồ. Các laser dùng để đọc và ghi dữ liệu cũng đã phổ biến và có chi phí thấp. Tuy nhiên, vẫn còn những thách thức cần vượt qua trước khi công nghệ này có thể được ứng dụng rộng rãi.

Chi phí nguyên liệu: Đất hiếm như praseodymium được sử dụng trong tinh thể có giá thành cao và nguồn cung không ổn định.

Tạo lỗi trong tinh thể: Việc tạo ra các vị trí lỗi cần thiết trong tinh thể ở quy mô công nghiệp vẫn là một bài toán khó.

Độ bền dữ liệu: Nếu sử dụng ánh sáng cường độ cao để đọc dữ liệu, thông tin có thể bị mất hoàn toàn sau mỗi lần đọc.

Dù vậy, Tiến sĩ França tin rằng công nghệ này có tiềm năng rất lớn và có thể trở thành tiêu chuẩn lưu trữ dữ liệu trong tương lai.

Với tiềm năng lưu trữ hàng petabyte trong một không gian nhỏ gọn, công nghệ này có thể thay thế các thiết bị lưu trữ hiện tại như ổ cứng hay thẻ nhớ. Trong tương lai, những chiếc đĩa lưu trữ siêu nhỏ nhưng có thể chứa cả một thư viện dữ liệu khổng lồ sẽ trở thành hiện thực.

Nếu vượt qua được các rào cản về sản xuất và chi phí, công nghệ này có thể mở ra kỷ nguyên mới cho lưu trữ dữ liệu, không chỉ ứng dụng trong lĩnh vực điện toán mà còn có thể thay đổi cách con người bảo quản và truyền tải thông tin trong nhiều thập kỷ tới.