Šanchajaus optikos ir tiksliųjų mašinų institutas (SIPM) padarė proveržį itin didelės talpos itin didelės raiškos 3D optinių duomenų saugyklų tyrime

Neseniai Kinijos mokslų akademijos (CAS) Šanchajaus tiksliųjų optinių mašinų institutas (SIPM), bendradarbiaudamas su Šanchajaus technologijos institutu (SIT) ir kitomis mokslinių tyrimų institucijomis, padarė itin didelės talpos itin didelės raiškos proveržį. trimatės optinės atminties tyrimai. Tyrėjų grupė panaudojo pirmąją tarptautinę dviejų spindulių reguliuojamą agregacijos sukeltą liuminescencijos itin didelės skiriamosios gebos optinio saugojimo technologiją, pirmą kartą rašydama ir nuskaitydama informaciją, eksperimentinį proveržį nustatant ribos difrakcijos ribą, realizuojant taško dydį. 54 nm, 70 nm atstumas tarp itin didelės raiškos duomenų saugykloje ir užbaigtas 100-sluoksnis daugiasluoksnis įrašas, lygiavertis vieno disko talpa iki Pb lygio, Kinijos proveržis informacijos srityje pagrindinių pagrindinių technologijų saugojimui ir tvariam skaitmeninės ekonomikos vystymuisi pasiekti, tyrimų grupė padarė pažangą tirdama itin didelės talpos itin didelės raiškos trimačius optinius duomenis. Kinijai labai svarbu pralaužti pagrindines informacijos saugojimo technologijas ir įgyvendinti tvarią skaitmeninės ekonomikos plėtrą. Tyrimo rezultatai buvo paskelbti 2024 m. vasario 22 d. žurnale „Nature“. Pirmasis šio straipsnio autorius yra dr. Hao Ruanas iš Šanchajaus optinių mašinų instituto (SIOM), o atitinkami autoriai yra akademikas Min Gu, Šanchajaus technologijos instituto (SIT) fotoninių lustų tyrimų instituto direktorius ir prof. Jing Wen. Šanchajaus technologijos instituto (SIT). Dr. Zhao Miao, SIPM doktorantas, ir prof. Wen Jing iš Šanchajaus technologijos instituto (SIT) yra pirmieji šio straipsnio autoriai.
Optinės saugojimo technologijos unikalūs pranašumai yra ekologiški, taupantys energiją, saugūs ir patikimi, jų eksploatavimo trukmė yra 50-100 metai, o tai labai tinka ilgalaikiam nebrangiam didžiulių duomenų saugojimui. Tačiau dėl difrakcijos ribos apribojimo tradicinių komercinių optinių diskų maksimali talpa siekia tik šimtą gigabaitų (GB). Didžiųjų duomenų eroje, kai didėja informacijos kiekis, difrakcijos ribos peržengimas, informacijos taško dydžio sumažinimas ir vieno disko talpos didinimas jau seniai buvo nenutrūkstamas optinės saugojimo srities siekis.
1994 m. vokiečių mokslininkas prof. Stefanas W. Hellas pasiūlė sužadintos spinduliuotės nuostolių mikroskopijos technologiją, kuri pirmą kartą įrodė, kad optinės difrakcijos ribą galima peržengti, ir 2014 m. laimėjo Nobelio chemijos premiją. Po daugiau nei 20 m. kūrimas, optinės didelės raiškos rezultatai buvo realizuoti daugelyje sričių, tokių kaip mikrovaizdavimas, lazerinis nanotiesioginis rašymas ir pan., Taip pat buvo išspręstas didelės raiškos informacijos rašymas. Tačiau tradiciniai dažai yra labai jautrūs fluorescencijos pliūpsniui agreguotame būsenoje, dėl to prarandama informacija, be to, juos sunku sunaikinti dėl nanoskalės fono triukšmo, todėl sunku nuskaityti itin raiška. informaciją ir paprastai remiasi elektroninio mikroskopo nuskaitymo rodmenimis, o tai riboja didelės skiriamosios gebos technologijos taikymą optinės atminties srityje. Todėl sinchroninio didelės raiškos rašymo, itin didelės raiškos skaitymo, trimatės saugojimo ir ilgalaikės laikmenos realizavimo plėtra yra daugiau nei 10 metų optinių duomenų saugojimo tyrimų srityje, kurią reikia išspręsti.
Devintajame dešimtmetyje Šanchajaus optinių mašinų instituto Gan Fuxi akademikas pradėjo Kinijos skaitmeninių optinių diskų saugojimo technologijos tyrimus, o tyrėjų komanda ėmėsi optinių duomenų saugojimo srities. Pasikliaudamas turtingu mokslinių tyrimų pagrindu ir novatoriškais technologiniais sprendimais, pagrįstas dviejų spindulių itin didelės skiriamosios gebos technologija ir agregacijos sukeltos liuminescencijos laikmenomis, informacijos rašymas ir skaitymas peržengė ribos difrakcijos ribą, realizuojant taško dydį. 54 nm, 70 nm atstumas tarp kelių itin didelės raiškos duomenų saugykloje ir užbaigtas 100-sluoksnis daugiasluoksnis įrašas, vieno disko ekvivalentas yra apie 1,6 Pb. Po pagreitinto optinio disko laikmenos senėjimo, ilgesnio nei 40 metų, bandymo, pagreitinto kartotinio skaitymo daugiau nei 40 metų, pagreitinto kartotinio skaitymo fluorescencijos kontrastas vis dar yra 20,5:1. Tai pirmas kartas pasaulyje, kai realizuojamas Pb lygis itin didelės talpos optinėje saugykloje, aukštas apžvalgininko įvertinimas: „Tai proveržis Pb lygio optinės saugojimo technologijos naujovė...“ „Palyginti su kitomis esamomis technologijomis , ši technologija užtikrina didžiausią optinio saugojimo paviršiaus tankį našumo požiūriu...""Tyrimo rezultatai gali lemti duomenų centrų archyvinių duomenų saugojimo proveržį, sprendžiant didelės talpos ir energijos taupymo saugojimo technologijų iššūkius...".
Viską nuo optinės mikroskopijos iki optinės saugojimo technologijos riboja optinės difrakcijos riba. Tarp 125 pažangiausių mokslo problemų pasaulyje, kurias „Science“ paskelbė 2021 m., fizikos srityje difrakcijos ribos peržengimas yra dar didesnis. Sėkmingas šio itin didelės raiškos optinio disko kūrimas išsprendžia šią fizikos problemą tiek informacijos rašymo, tiek skaitymo srityje, o tai padeda Kinijai įveikti pagrindines saugojimo technologijas ir vaidins svarbų vaidmenį didelių duomenų skaitmeninėje ekonomikoje. patenkinti pagrindinius informacijos pramonės poreikius.
Ateityje tyrėjų komanda paspartins originalių naujovių ir pagrindinių technologijų tyrimus, skatins itin didelės talpos optinių saugyklų integravimą ir industrializaciją bei išplės savo kryžminį taikymą optinio mikrovaizdavimo, optinio ekrano, optinio vaizdo srityje. informacijos apdorojimas, siekiant gauti vis daugiau puikių novatoriškų rezultatų.
Tyrimo darbus rėmė pagrindiniai Šanchajaus mokslo ir technologijų komisijos projektai bei Nacionalinė pagrindinių mokslinių tyrimų ir plėtros programa.

1 pav. Pb klasės optinio disko paruošimo ir skaitymo/rašymo režimo schema

2 pav. Didelės skiriamosios gebos informacijos įrašymo rezultatai

Pav. 3 100-sluoksnio įrašymo ir dvejetainio kodo dekodavimo atkūrimo rezultatai

4 pav. Fizinė optinio disko nuotrauka