在科幻片里我們常看到這樣一個(gè)場(chǎng)景，主人公從口袋里掏出微型設(shè)備打開海量數(shù)據(jù)庫(kù)執(zhí)行任務(wù)。倘若在不久的將來(lái)，我們不用再專門跑到圖書館查詢文檔、拿著沉甸甸的硬盤拷貝數(shù)據(jù)資料，而是輕松地在口袋里攜帶一個(gè)“大數(shù)據(jù)中心”，隨時(shí)像主人公一樣找到需要的數(shù)據(jù)，這將是多棒的體驗(yàn)？
2月25日，上海理工大學(xué)未來(lái)光學(xué)實(shí)驗(yàn)室人工智能納米光子學(xué)中心顧敏院士團(tuán)隊(duì)在“Science”子刊“Science Advances”雜志上發(fā)表高水平論文，在光信息存儲(chǔ)技術(shù)領(lǐng)域讓上述海量數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)“隨身帶”有了可能。
到2025年，全球生成的數(shù)據(jù)總量預(yù)計(jì)達(dá)到175 ZB（澤字節(jié)，1 ZB等于10億TB即太字節(jié)），如果將這么多數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在藍(lán)光光盤上，則光盤堆棧的高度將是地球到月球距離的23倍，開發(fā)能夠容納如此大量數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)技術(shù)迫在眉睫。
不斷增長(zhǎng)的信息存儲(chǔ)需求導(dǎo)致大數(shù)據(jù)中心的廣泛使用，這些數(shù)據(jù)中心能量消耗巨大（約占全球電力供應(yīng)的3％），且依賴于基于磁記錄的硬盤驅(qū)動(dòng)器，該硬盤驅(qū)動(dòng)器的存儲(chǔ)容量有限（單盤片數(shù)據(jù)存儲(chǔ)量最大為2 TB），使用壽命一般只有3至5年。利用激光實(shí)現(xiàn)的光存儲(chǔ)技術(shù)有望滿足以上數(shù)據(jù)存儲(chǔ)需求，同時(shí)可以有效節(jié)省成本。在過(guò)去的幾十年中，光存儲(chǔ)技術(shù)取得了長(zhǎng)足進(jìn)步。但是，光的衍射性質(zhì)限制了可達(dá)到的信息位大小，限制了光盤的存儲(chǔ)容量，光盤存儲(chǔ)容量仍然被限制在幾個(gè)TB。
對(duì)此，上海理工大學(xué)顧敏院士團(tuán)隊(duì)與澳大利亞皇家墨爾本理工大學(xué)、新加坡國(guó)立大學(xué)劉曉剛教授團(tuán)隊(duì)聯(lián)合開展研究，論文“基于上轉(zhuǎn)換共振能量轉(zhuǎn)移的納米級(jí)光學(xué)寫入技術(shù)（Nanoscale optical writing through upconversion resonance energy transfer）”發(fā)表于“Science”子刊“Science Advances”上，研究的實(shí)驗(yàn)工作由上理工博士后西蒙尼·拉蒙（Simone Lamon）完成。
這是一項(xiàng)旨在解決海量大數(shù)據(jù)光存儲(chǔ)技術(shù)瓶頸的研究，此研究通過(guò)鑭系元素（稀土元素之一）摻雜的熒光上轉(zhuǎn)換納米顆粒和氧化石墨烯結(jié)合，實(shí)現(xiàn)低功率的光學(xué)寫入納米級(jí)信息位（納米級(jí)是指1至100納米的大小，其中1納米等于1米的十億分之一），為下一代光信息存儲(chǔ)技術(shù)提供了新的方案。研究所開發(fā)的亞衍射光學(xué)寫入技術(shù)將大大提高數(shù)據(jù)密度，可以生產(chǎn)出在所有可用光學(xué)技術(shù)中具有最大存儲(chǔ)容量的光盤，預(yù)計(jì)1張12厘米的光盤數(shù)據(jù)存儲(chǔ)量可以達(dá)到700 TB，相當(dāng)于28000張藍(lán)光光盤的存儲(chǔ)量。
此外，此技術(shù)使用一種新的納米復(fù)合材料，將氧化石墨烯與熒光上轉(zhuǎn)換納米顆粒結(jié)合在一起，使用熒光上轉(zhuǎn)換納米顆粒將亞衍射信息位寫入納米復(fù)合材料，在結(jié)構(gòu)光照明下局部還原氧化石墨烯，還原氧化石墨稀的過(guò)程通過(guò)共振能量轉(zhuǎn)移來(lái)完成，從而降低能耗，延長(zhǎng)光學(xué)器件的使用壽命。同時(shí)，與傳統(tǒng)光學(xué)寫入技術(shù)使用昂貴且笨重的脈沖激光器相比，此技術(shù)使用便宜的連續(xù)波激光器，大大降低了成本。
這一系列創(chuàng)新發(fā)現(xiàn)為大容量光數(shù)據(jù)存儲(chǔ)技術(shù)提供更便宜、可持續(xù)發(fā)展的解決方案，同時(shí)適于光盤的低成本批量生產(chǎn)，應(yīng)用潛力巨大，為解決全球數(shù)據(jù)存儲(chǔ)挑戰(zhàn)開辟了新途徑。鑒于此研究成果的重要性，“Science” 主刊也作為“Research Highlight”報(bào)導(dǎo)此研究成果。
來(lái)源：上海教育
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