超分辨光驅系統演示
在科幻片里我們常看到這樣一個場景，主人公從口袋里掏出微型設備打開海量數據庫執行任務。也許在不久的將來，我們不用再跑到圖書館查詢文檔、拿著沉甸甸硬盤拷貝資料，而是輕松在口袋里攜帶一個“大數據中心”，隨時像主人公一樣找到需要的數據。
北京時間2月25日凌晨，上海理工大學未來光學實驗室人工智能納米光子學中心顧敏院士團隊在《科學進展》雜志（《科學》子刊）發表題為“基于上轉換共振能量轉移的納米級光學寫入技術”的論文，在光信息存儲技術領域讓海量數據實現“隨身帶”有了可能。《科學》雜志也作為“研究亮點”報道該成果。
到2025年，全球生成的數據總量預計達175 ZB（澤字節，1ZB=10億TB即太字節），如果存儲于藍光光盤，光盤堆棧高度將是地球到月球距離的23倍。
信息存儲越來越多，導致大數據中心被廣泛使用，其能量消耗巨大，約占全球電力供應的3％。且依賴于基于磁記錄的硬盤驅動器，后者存儲容量有限（單盤片數據存儲量最大為2TB），使用壽命一般只有3至5年。利用激光實現的光存儲技術，有望滿足以上數據存儲需求，可以有效節省成本。過去幾十年，光存儲技術取得長足進步。但是，光的衍射性質限制了可達到的信息位大小，光盤存儲容量仍被限制在幾個TB。
為了解決海量大數據光存儲技術的瓶頸，上海理工大學顧敏院士團隊與澳大利亞皇家墨爾本理工大學、新加坡國立大學劉曉剛教授團隊聯合開展研究，通過鑭系元素（稀土元素之一）摻雜的熒光上轉換納米顆粒和氧化石墨烯結合，實現低功率的光學寫入納米級信息位（納米級是指1至100納米的大小，1納米等于1米的十億分之一），為下一代光信息存儲技術提供了新方案。開發的亞衍射光學寫入技術將大大提高數據密度，可生產出在所有可用光學技術中具有最大存儲容量的光盤，預計1張12厘米的光盤數據存儲量可達到700 TB，相當于28000張藍光光盤的存儲量。
納米復合材料構成激光寫入過程
據上海理工大學人工智能納米光子學中心張啟明教授介紹，此技術使用了新的納米復合材料，將氧化石墨烯與熒光上轉換納米顆粒結合，使用熒光上轉換納米顆粒將亞衍射信息位寫入納米復合材料，在結構光照明下局部還原氧化石墨烯，還原氧化石墨稀的過程通過共振能量轉移來完成，從而降低能耗，延長光學器件的使用壽命。同時，與傳統光學寫入技術使用昂貴且笨重的脈沖激光器相比，此技術使用便宜的連續波激光器，大大降低成本。
這一系列創新發現為大容量光數據存儲技術提供更便宜、可持續發展的解決方案，同時適于光盤的低成本批量生產，應用潛力巨大，為解決全球數據存儲挑戰開辟了新途徑。
顧敏院士表示，研究只是發現了降低數據存儲能耗的新方式，仍是基礎性研究，“我們要繼續優化特殊材料加工平臺，改善存儲容量、降低能耗和延長存儲信息壽命，進一步降低成本，再開始轉化應用。”
論文的第一作者是上理工博士后、來自意大利的西蒙尼·拉蒙（Simone Lamon）。作為滬江博士后學者，他將在上海理工大學博士后流動站工作3年。還在入境隔離期的西蒙尼·拉蒙通過視頻接受采訪稱，決定加入上海理工大學人工智能納米光子學中心，是因為該校提供了世界一流的設施和國際研究環境，更因為顧敏教授提出了下一代納米光子設備與人工智能技術結合的愿景——“這將掀起社會信息技術的一場革命！新興的人工智能技術將會和光存儲技術緊密結合，我們的技術可以應用于下一代納米光子器件所需的碳基納米級光刻。”
來源：人民日報 記者：姜泓冰
原文鏈接：https://wap.peopleapp.com/article/6141794/6048363
