Şangay Optik ve Hassas Makine Enstitüsü (SIPM), Ultra Yüksek Kapasiteli Süper Çözünürlüklü 3D Optik Depolama Araştırmasında Çığır Açıyor

Son zamanlarda, Çin Bilimler Akademisi'nin (CAS) Şanghay Optik Hassas Makine Enstitüsü (SIPM), Şangay Teknoloji Enstitüsü (SIT) ve diğer araştırma kurumlarıyla işbirliği içinde, ultra büyük kapasiteli süper çözünürlükte bir atılım gerçekleştirdi. üç boyutlu optik depolama araştırması. Araştırma ekibi, uluslararası ilk çift ışınlı düzenlenmiş toplama kaynaklı lüminesans süper çözünürlüklü optik depolama teknolojisini kullandı; bilgi yazmada ve okumada ilk kez limitin kırınım sınırındaki deneysel atılımı, nokta boyutunun gerçekleştirilmesini kullandı. 54nm, veri depolamanın süper çözünürlüğünün 70nm aralığı ve tamamlanan 100-katmanlı çok katmanlı kayıt, tek bir diskin Pb seviyesine kadar eşdeğer kapasitesi, Çin'in bilgi alanında atılımı Temel temel teknolojilerin depolanması ve dijital ekonominin sürdürülebilir gelişiminin sağlanması için araştırma ekibi, ultra yüksek kapasiteli, ultra çözünürlüklü üç boyutlu optik depolama araştırmasında ilerleme kaydetti. Çin'in bilgi depolama alanındaki temel çekirdek teknolojiyi aşması ve dijital ekonominin sürdürülebilir gelişimini gerçekleştirmesi büyük önem taşıyor. Araştırma sonuçları 22 Şubat 2024'te Nature dergisinde yayınlandı. Makalenin ilk yazarı Şangay Optik Makine Enstitüsü'nden (SIOM) Dr. Hao Ruan'dır ve ilgili yazarlar Şanghay Teknoloji Enstitüsü (SIT) Fotonik Çip Araştırma Enstitüsü Direktörü Akademisyen Min Gu ve Prof. Jing Wen'dir. Şangay Teknoloji Enstitüsü'nden (SIT). SIPM'in doktora sonrası araştırmacısı Dr. Zhao Miao ve Şanghay Teknoloji Enstitüsü'nden (SIT) Prof. Wen Jing, makalenin ortak ilk yazarlarıdır.
Optik depolama teknolojisi, büyük miktardaki verilerin uzun vadeli düşük maliyetli depolanması için çok uygun olan, 50-100 yıllık kullanım ömrüne sahip, yeşil, enerji tasarruflu, emniyetli ve güvenilir olma gibi benzersiz avantajlara sahiptir. Ancak kırınım sınırının sınırlaması nedeniyle geleneksel ticari optik disklerin maksimum kapasitesi yalnızca yüz gigabayt (GB) düzeyindedir. Bilgi miktarının arttığı büyük veri çağında, kırınım sınırının aşılması, bilgi noktasının boyutunun küçültülmesi ve tek bir diskin depolama kapasitesinin arttırılması, optik depolama alanının uzun süredir aralıksız bir arayışı olmuştur.
1994 yılında Alman bilim adamı Prof. Stefan W. Hell, optik kırınım sınırının aşılabileceğini ilk kez kanıtlayan uyarılmış radyasyon kaybı mikroskobu teknolojisini önerdi ve 2014 yılında Nobel Kimya Ödülü'nü kazandı. Geliştirilerek mikro görüntüleme, lazer nano-direkt yazma ve benzeri birçok alanda optik süper çözünürlüklü sonuçlar gerçekleştirilmiş ve bilgilerin süper çözünürlüklü yazılması sorunu çözülmüştür. Bununla birlikte, geleneksel boyalar toplu durumda floresans patlamasına karşı oldukça hassastır, bu da bilgi kaybına neden olur ve ayrıca nano ölçekte arka plan gürültüsü tarafından yok edilmenin zorluğu da vardır, bu da süper çözünürlüklü boyanın okunmasının zorluğuna yol açar. ve genellikle optik depolama alanında süper çözünürlük teknolojisinin uygulanmasını kısıtlayan elektron mikroskobu taramasının okunmasına dayanır. Bu nedenle, süper çözünürlüklü yazma, süper çözünürlüklü okuma, üç boyutlu depolama ve uzun ömürlü medyanın eşzamanlı olarak gerçekleştirilmesinin geliştirilmesi, optik depolama alanında çözülmesi gereken araştırma problemlerinin 10 yılı aşkın bir süredir.
1980'lerde, Şanghay Optik Makine Enstitüsü Gan Fuxi akademisyeni, Çin'in dijital optik disk depolama teknolojisi araştırmalarına öncülük etti; araştırma ekibi, optik depolama alanına doğru ilerliyor. Bilgi yazma ve okumada, çift ışınlı süper çözünürlük teknolojisine ve toplama kaynaklı ışıldama depolama ortamına dayanan zengin araştırma temeline ve yenilikçi teknoloji çözümlerine güvenerek, sınırın kırınım sınırını aşarak nokta boyutunun gerçekleştirilmesi sağlandı. 54 nm, yol aralığı 70 nm süper çözünürlüklü veri depolama ve tamamlanmış 100-katmanlı çok katmanlı kayıt, tek bir diskin eşdeğer kapasitesi yaklaşık 1,6 Pb'dir. Optik disk ortam ömrünün 40 yıldan fazla olduğu hızlandırılmış testlerden sonra, hızlandırılmış tekrarlı okumalar 40 yıldan fazla, hızlandırılmış tekrarlı okuma floresans kontrastı hala 20,5:1 kadar yüksektir. Bu, ultra yüksek kapasiteli optik depolamanın Pb düzeyinin dünyada ilk kez gerçekleştirilmesidir; incelemeyi yapan kişinin yüksek değerlendirmesi şu şekildedir: "Bu, Pb düzeyi optik depolama teknolojisinde çığır açan bir yeniliktir..." "Mevcut diğer teknolojilerle karşılaştırıldığında , bu teknoloji, performans açısından en yüksek optik depolama yüzey yoğunluğunu sağlar...""Araştırma sonuçları, veri merkezi arşiv veri depolamasında büyük kapasite ve enerji tasarrufu gibi depolama teknolojisi zorluklarını çözen bir atılım sağlayabilir...".
Optik mikroskopiden optik depolama teknolojisine kadar her şey optik kırınım sınırıyla sınırlıdır. Science'ın 2021'de yayınladığı dünyanın en ileri 125 bilimsel problemi arasında kırınım sınırının aşılması fizik alanında daha da yüksek. Bu süper çözünürlüklü optik diskin başarılı bir şekilde geliştirilmesi, hem bilgi yazma hem de okumadaki bu fizik problemini ortadan kaldırır, bu da Çin'in depolama alanındaki temel temel teknolojileri aşmasına yardımcı olur ve büyük veri dijital ekonomisinde önemli bir rol oynayacaktır. Bilişim sektörü alanındaki temel ihtiyaçları karşılamaktadır.
Gelecekte, araştırma ekibi orijinal inovasyonu ve temel teknoloji araştırmalarını hızlandıracak, ultra büyük kapasiteli optik depolamanın entegrasyonunu ve sanayileşmesini teşvik edecek ve optik mikro görüntüleme, optik ekran, optik alanındaki çapraz uygulamasını genişletecek. giderek daha mükemmel yenilikçi sonuçlar üretmek için bilgi işleme.
Araştırma çalışması, Şanghay Bilim ve Teknoloji Komisyonu ve Ulusal Anahtar Ar-Ge Programının büyük projeleri tarafından desteklendi.

Şekil 1 Pb sınıfı optik disk hazırlama ve okuma/yazma modunun şematik diyagramı

Şekil 2 Süper çözünürlüklü bilgi kayıt sonuçları

Şekil 3 100-katman kaydı ve ikili kod kod çözme kurtarma sonuçları

Şekil 4 Optik diskin fiziksel fotoğrafı