用超快激光在玻璃中存音乐1万年？微软的这项研究太牛了！
- 来源：OFweek激光网
- 2023/11/6 10:54:04
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近日，微软研究院宣布了一个非常有意思的“二氧化硅项目”。该项目主要是开发一种环保方法，可以使用超快激光在玻璃板中存储大量数据——这样一来，就可以将音乐、电影等“拷贝”保存在玻璃中。
更神奇的是，一旦这些数据成功写入，硅玻璃内的数据将在数千年-数万年内保持不变，并且能够承受电磁脉冲和极端温度。
简单来说，微软用石英玻璃制造了一张张3英寸长的正方形“硬盘”，每张可储存100GB的数据，大概可储存两万首歌曲。
该项目是微软与专注于可持续发展的风险投资集团Elire合作开展的，双方希望可以找到一种更可持续的数据捕获形式，使玻璃中的数据变得“牢不可破”。
玻璃存储过程包括：使用超快飞秒激光写入，通过计算机控制的显微镜进行读取、解码和转写，最后存储在“图书馆”中。值得注意的是，这个“图书馆”是被动运行的，不使用电力，这有可能大大减少与长期数据存储相关的碳排放。
“二氧化硅项目”打造了一种更可持续的数据捕获形式，超越了寿命有限的磁存储，后者存在着频繁的重复复制、不断增加的能源消耗和运营成本等劣势。
二氧化硅项目工程师Ant Rowstron表示：“磁性技术的使用寿命是有限的，一个硬盘驱动器大约可以使用5-10年。一旦生命周期结束，你就得把它复制一遍，存到新一代的媒体上。老实说，如果考虑到我们正在使用的所有能源和资源，这既麻烦又不可持续。”
用玻璃保存全球音乐的未来
专注于可持续发展的风险投资集团Elire现在已成为最新一家与微软研究院(Microsoft Research)Project Silica团队合作的公司，加入了CMR Surgical等公司的行列，后者正在使用玻璃数据存储来改变机器人手术的未来。
Elire将在挪威斯瓦尔巴群岛的全球音乐库(Global Music Vault)中使用这项技术，一小片玻璃可以容纳数Tb的数据，足以存储大约175万首歌曲或13年的音乐。这是向可持续数据存储迈出的重要一步。
微软指出，尽管玻璃存储尚未准备好大规模推广，但因其具备耐用性和成本效益，它被视为一项前景光明的可持续商业化解决方案，后持续的维护成本也将“微乎其微”。只需要将这些玻璃数据储器存放在无需电力的库中。当需要时，机器人会爬上货架取回，以便后续导入操作。
光学数据存储的潜力有多大？
根据存储方式的不同，存储方式可以是电磁介质、光学介质或其他介质。传统的光存储系统使用像蓝光这样的光盘，其中包含一层反射材料。光驱使用激光在相邻的涂层上产生不反射的凹坑，读取凹坑的激光可以检测到这些凹坑。凹坑的模式和未燃烧的反射区域被检测出来后，可以对存储的数据进行编码。
但在互联网、社交媒体和云计算应用数据指数级增长的背景下，超高密度光数据存储的需求暴涨——数据存储迫切需要克服传统磁性硬盘驱动器或磁带以及固态驱动器(SSD)存储的瓶颈，并新型长期数据存储解决方案。
人们普遍认为，光学技术是提高海量数据存储能力的关键。上述借助玻璃来进行数据存储的概念可以追溯到19世纪，后经精心改良、技术升级迭代，诸多障碍被一一克服。
此外，相比目前的光盘技术，光学数据存储比较突出的一点优势是：它能够实现多维的数据存储。
顾名思义，多维数据存储主要是以三维以上的结构(如多层光盘、卡片、晶体或立方体)记录和读出信息。信息的写入和读出，在这个过程中，通常是通过将一个或多个激光束聚焦到三维介质中来实现的。由于存储介质的体积性质，在写入或读取所需的基准之前，需要激光通过其他点。这意味着写和读函数通常都需要非线性，以便在给定时间只处理一个局部点。
时至今日，5D光数据存储技术已经得到验证——使用这种技术的光盘可以存储高达360Tb的数据，并可以保存数十亿年。1996年，科学家首次提出并演示了使用飞秒激光来记录存储数据。这项技术于2010年由京都大学Kazuyuki Hirao的实验室首次演示，并由南安普顿大学光电子研究中心的Peter Kazansky研究小组进一步发展演进。此外，日立和微软也已经研究了基于玻璃的光存储技术，后者的项目被称为“Project Silica”。全球范围内，光存储市场的主要玩家还包括：索尼、西部数码、三星电子、IBM、东芝、富士通。
5D光学数据存储主要是基于一种实验性纳米结构玻璃，它不仅通过在三维空间中编码数据来存储信息，而且还通过与双折射有关的两个参数来存储信息，这些参数是由聚焦在玻璃介质中的飞秒激光的偏振和强度控制的。纳米结构的大小、方向和三维位置构成了上述五个维度。
然而，为了提高这项技术的商业应用前景，还需要提高数据读取速度。此外，由于必需的高功率激光系统和缺乏数据可重写性，其应用可能会受到限制。
光学数据存储也适用于多电平编码技术，它通过使用不同的离散信号强度级别每点写入多个比特，可以显著增加存储容量。多级数据存储还可以同时读出多个比特，从而提高数据的读出速率，这对于大数据集来说是非常重要的。
在南澳大利亚大学和新南威尔士大学的一项新兴技术中，科研人员们可以利用无机荧光粉的独特特性来存储数据。这种方法具有可重写和使用低功率激光器的潜力。此外，该技术也不需要低温，而是能够在室温下燃烧光谱孔，从而更加实用。
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